前言

很多硫磺制酸裝置核心動(dòng)力風(fēng)機(jī)設(shè)備，都采用單級(jí)透平軸流風(fēng)機(jī)，透平轉(zhuǎn)速采用505進(jìn)行控制。有的透平風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)失速，如圖505控制器上顯示失速控制分別高出128轉(zhuǎn)和低于337轉(zhuǎn)，出現(xiàn)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10秒鐘（見(jiàn)圖1）.

圖1

一、透平概述

透平是將流體介質(zhì)中蘊(yùn)有的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械功的機(jī)器，它是由噴嘴和動(dòng)葉柵組成。透平機(jī)從結(jié)構(gòu)可分為單級(jí)和多級(jí)透平。

單級(jí)透平主要結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖2）：動(dòng)葉按一定的距離和一定的角度安裝在葉輪上形成動(dòng)葉柵，并構(gòu)成許多相同的蒸汽通道。動(dòng)葉柵裝在葉輪上，與葉輪以及轉(zhuǎn)軸組成透平的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，稱為轉(zhuǎn)子。靜葉按一定的距離和一定的角度排列形成靜葉柵，靜葉柵固定不動(dòng)，構(gòu)成的蒸汽通道稱為噴嘴，具有一定壓力和溫度的蒸汽在噴嘴中膨脹，蒸汽壓力、溫度降低，速度增加，使其熱能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，從噴嘴出來(lái)的高速汽流，以一定的方向進(jìn)入動(dòng)葉通道，在動(dòng)葉通道中汽流速度改變，對(duì)動(dòng)葉產(chǎn)生一個(gè)作用力，推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，完成動(dòng)能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。

圖2

二、透平參數(shù)及控制

在硫磺制酸裝置中透平屬于單級(jí)透平，由硫磺制酸裝置余熱鍋爐產(chǎn)生的中壓過(guò)熱蒸汽驅(qū)動(dòng)，拖動(dòng)軸流風(fēng)機(jī)。采用505控制器控制透平轉(zhuǎn)速，有DCS連鎖保護(hù)。用DCS系統(tǒng)測(cè)量透平液位、溫度、壓力、震動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速測(cè)量點(diǎn)，并實(shí)施連鎖保護(hù)運(yùn)算（見(jiàn)圖3）。

圖3

三、失速分析

失速的危害

失速就是控制系統(tǒng)對(duì)透平失去了轉(zhuǎn)速控制。這對(duì)透平機(jī)組是非常危險(xiǎn)的，問(wèn)題嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致透平機(jī)組發(fā)生“飛車事故”，造成人身安全財(cái)產(chǎn)損失。失速還伴隨透平機(jī)組震動(dòng)加劇、軸向位移發(fā)現(xiàn)劇烈變化，致使瓦溫升高，觸發(fā)透平機(jī)組連鎖跳停；硫磺制酸裝置中空氣是由透平機(jī)組提供，當(dāng)裝置在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)透平失速，若轉(zhuǎn)速降低導(dǎo)致空氣不足，造成焚硫爐超溫，損壞焚硫爐，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致硫磺燃燒不充分生成升華硫，造成嚴(yán)重的系統(tǒng)破壞；若轉(zhuǎn)速升高將會(huì)出現(xiàn)空氣壓力高于干燥塔設(shè)計(jì)酸封高度，酸封吹破，空氣和酸從干吸槽溢出損壞干燥泵，造成設(shè)備和環(huán)保事故，當(dāng)軸流風(fēng)機(jī)出口壓力與裝置阻力達(dá)到揣震范圍，將引發(fā)風(fēng)機(jī)揣震損壞設(shè)備。

調(diào)速原理

透平采用電液調(diào)節(jié)系統(tǒng),主要由電氣部件、液壓部件組成。利用電氣部件測(cè)量和傳輸信號(hào)，信號(hào)的綜合處理能力強(qiáng)，控制精度高，操作、調(diào)整與調(diào)節(jié)參數(shù)的修改又方便。液壓部件用作執(zhí)行器（調(diào)節(jié)汽閥驅(qū)動(dòng)裝置）時(shí)充分顯示出響應(yīng)速度快、輸出功率大的優(yōu)越性，是其他類型執(zhí)行器無(wú)法取代的。采用模擬電調(diào)系統(tǒng)，具有快速、準(zhǔn)確和靈敏度高的特點(diǎn)，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度高，遲緩率為0.1%。調(diào)速由505控制器完成，給出控制電液轉(zhuǎn)換器信號(hào)，實(shí)施對(duì)透平精準(zhǔn)控制。

失速分析

從工藝參數(shù)（表1）的變化分析可見(jiàn)，若透平出現(xiàn)嚴(yán)重失速，將導(dǎo)致焚硫爐進(jìn)風(fēng)減少，焚硫爐溫度升高，長(zhǎng)時(shí)間極易造成升華硫事故。

表1

問(wèn)題一分析：轉(zhuǎn)速降低，透平進(jìn)汽和出汽相應(yīng)降低，可以認(rèn)為是透平進(jìn)汽調(diào)速閥故障，但是無(wú)法解釋排汽溫度升高和轉(zhuǎn)速突然升高，透平進(jìn)汽和出汽也相應(yīng)升高，并且高過(guò)正常轉(zhuǎn)速的流量，則可排除進(jìn)汽調(diào)速閥故障。

問(wèn)題二分析：透平在失速過(guò)程中震動(dòng)、徑向位移和瓦溫均沒(méi)有出現(xiàn)變化，保持故障前的狀態(tài)，因此排除透平本體機(jī)械故障。

問(wèn)題三分析：應(yīng)該出在透平外圍，在提供動(dòng)力的蒸汽管路上，分析蒸汽管路運(yùn)行中處于“運(yùn)動(dòng)的”有調(diào)速閥和止回閥，前面已經(jīng)排除了調(diào)速閥的故障。從（圖4）可見(jiàn)，透平背壓蒸汽去了蒸汽管網(wǎng)，蒸汽管網(wǎng)并有兩臺(tái)HRS低溫余熱鍋爐和兩臺(tái)透平機(jī)組管網(wǎng)壓力（見(jiàn)表2），低壓蒸汽管網(wǎng)壓力隨下游用汽大小變化，該透平設(shè)計(jì)排氣壓力為0.5MPa，實(shí)際運(yùn)行壓力為0.46MPa。運(yùn)行壓力非常接近低壓管網(wǎng)壓力，當(dāng)?shù)蛪汗芫W(wǎng)壓力升高，會(huì)破壞止回閥正常運(yùn)行的平衡力，致使止回閥動(dòng)作從新建立新的平衡力，從止回閥的流量特性可以看出近似于快開(kāi)閥，當(dāng)止回閥有微小變動(dòng)，將會(huì)改變管道流量，因此判斷是該止回閥動(dòng)作滯后有卡澀現(xiàn)象，排汽不暢，從（表1）透平變化的數(shù)據(jù)中，能進(jìn)一步證明是止回閥造成的；當(dāng)止回閥滯后動(dòng)作時(shí)，透平轉(zhuǎn)速降低，排汽量減小、排汽壓力升高、進(jìn)汽流量變小、透平葉輪壓力升高，改變?cè)紕?dòng)態(tài)力平衡，軸向位移變大；當(dāng)透平轉(zhuǎn)速升高時(shí)，排汽流量增長(zhǎng)、排汽壓力降低、進(jìn)汽流量變大、透平葉輪壓力降低，改動(dòng)態(tài)力平衡，軸向位移變大。

表2

圖4