呂子文（1971-）男，湖北潛江人，本科，工程師，1995年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院儀表自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，2005年畢業(yè)于中國石油大學(xué)油氣儲運工程專(zhuān)業(yè)，現就職于中石油中亞天然氣管道有限公司，主要從事壓縮機組及其輔助設備的安全生產(chǎn)運營(yíng)及增壓站全面管理工作。

    摘要：府谷壓氣站燃氣輪機-壓縮機組已經(jīng)安全運行8年多，由于機組長(cháng)期運行，設備組件老化，機組出現故障的次數、幾率逐步上升，故障處理的難度也在逐漸增加。如何安全、快速、有效的解決機組出現的各種故障，保障機組安全平穩運行顯得非常重要。本文僅針對機組邏輯控制圖在機組故障處理過(guò)程中的應用，以案例的方式詳細的闡述了機組故障處理的方法，旨在說(shuō)明進(jìn)行機組故障處理時(shí)，不同的思路和方法在機組故障處理過(guò)程中具有不同的效用，以達到拋磚引玉、拓展思路的目的。

    關(guān)鍵詞：燃氣輪機；離心壓縮；NGP；NPT；機組邏輯控制圖

    Abstract: Gas-turbine compressor units in Fugu Compressor Station have already worked in security for more than 8 years。 Since the compressor units have been running long-time, the equipments have been aging, the frequency and rate of malfunctions appearing in the equipments have been increasing step by step, it must been ensured that the compressor units run in security and stability.In this paper, we describe in detail that the measures of the malfunctions of the compressor units by cases of the application of logic control chart in the process of disposing malfunction of compressor units. This indicates that when the malfunctions were disposed, there are different thoughts and methods which can achieve different effects.

    Key words: Gas Turbine; centrifugal compressor; NGP; NPT; Unit Control Logic Charts

    1 設備概況與分析

    府谷壓氣站是陜京一線(xiàn)輸氣管道上五座壓氣站中的第三座。府谷壓氣站有三套從美國引進(jìn)的燃氣輪機-離心壓縮機組（以下簡(jiǎn)稱(chēng)燃壓機組），它們分別是美國SOLAR公司生產(chǎn)的TaurusTM 60型燃氣輪機和美國Dresser-Rand公司生產(chǎn)的CDP-416型離心壓縮機成撬而成。府谷壓氣站燃壓機組裝機容量為16020kW，2000年11月建成投產(chǎn)，三臺套燃壓機組同時(shí)運行時(shí)，日輸氣量可達1030萬(wàn)標方/日，年輸氣量36億標方，能夠很好地滿(mǎn)足大氣量輸氣生產(chǎn)的需求。到目前為止，A、B兩臺機組的運行時(shí)間都已接近3萬(wàn)小時(shí)，三臺機組在歷年來(lái)的冬季大氣量輸氣生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮了重大的作用?？梢哉f(shuō)，雖然府谷壓氣站是陜京輸氣管道中重要的一座中間壓氣站，卻起著(zhù)承上啟下的關(guān)鍵作用。

    隨著(zhù)機組長(cháng)時(shí)間的運行，機組的各個(gè)部件逐漸開(kāi)始老化，故障率逐漸升高，而且由于府谷壓氣站的地理位置的重要性決定了府谷壓氣站機組必須長(cháng)時(shí)間運行或確保一直處于正?？捎脿顟B(tài)，在這樣的情況下，快速、有效的及時(shí)處理機組出現的各類(lèi)故障就顯得尤為重要。

    2 機組控制邏輯圖在機組故障處理中的重要意義

    本文不討論需要對機組進(jìn)行的預防性的常規維護工作，只對機組出現故障時(shí)的處理方法進(jìn)行討論。在府谷壓氣站機組出現故障時(shí)，實(shí)際上除了通用的分析、處理方法外，還經(jīng)常借助于機組控制邏輯圖對機組故障進(jìn)行分析判斷，以達到快速解決機組故障的目的。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)際應用，筆者發(fā)現這種方法對機組故障的判斷處理有直接的幫助，使得故障的判斷處理極為迅速有效。因此，掌握了機組控制邏輯圖法對機組故障進(jìn)行判斷、分析，對確保機組能夠及時(shí)、有效的排除故障，快速恢復機組到正常狀態(tài)有著(zhù)非常重要的實(shí)際指導意義。

    府谷壓氣站機組自2000年11月開(kāi)始運行以來(lái)，出現過(guò)不少的常規和非常規故障，據統計大約有90%以上的常規和非常規故障都可以通過(guò)運用機組邏輯控制圖法進(jìn)行快速、有效的判斷、解決，而且能夠有效縮短故障排查和處理的時(shí)間，提高機組的可用率。

    3 機組控制邏輯圖在故障處理過(guò)程中的實(shí)際應用

    燃壓機組出現故障時(shí)，通過(guò)機組控制邏輯圖分析法可以很直觀(guān)的分析出故障的類(lèi)別以及故障所在的可能部位，然后再結合通常的檢查辦法，就可以較快的將故障排除。為了更加形象地對機組控制邏輯圖分析法及其在府谷壓氣站的應用進(jìn)行說(shuō)明，特以府谷壓氣站曾經(jīng)出現過(guò)的故障舉例如下：

    案例一：“POWER TURBINE BREAKAWAY FAIL”動(dòng)力透平脫離失敗停機故障

    根據通常的分析方法，可以得知，與動(dòng)力透平脫離相關(guān)的信號、設備有：動(dòng)力透平轉速、燃機燃氣發(fā)生器轉速；轉速檢測探頭、信號通道連接電纜、浪涌保護器、速度信號輸入模塊、電機控制變頻器、380AC電源部分、電機、燃機附屬齒輪箱等等。如果要徹底查清該故障出現的原因，就有可能需要對上述相關(guān)信號和設備一一進(jìn)行檢查、分析，這樣工作量很大而且會(huì )浪費很多時(shí)間。當然，根據故障出現的可能性，可以把故障可能發(fā)生的范圍縮小到動(dòng)力透平轉速、轉速檢測探頭、信號通道連接電纜、浪涌保護器、速度信號輸入模塊、電機控制變頻器、燃機附屬齒輪箱等，但即使這樣，一一檢查起來(lái)，工作量仍然不小。如果借助機組控制邏輯圖，就可以將查找范圍縮小到一個(gè)很小的范圍（盡管也可能將故障設備排除在外，不過(guò)根據在府谷壓氣站曾經(jīng)出現過(guò)的故障，通過(guò)使用機組控制邏輯圖來(lái)幫助排查故障設備的經(jīng)驗來(lái)看，這種情況發(fā)生的可能性非常?。?，如下圖1所示。
                   
                       
                         圖1     “POWER TURBINE BREAKAWAY”  邏輯控制圖 

    從圖1中可以看出，導致“POWER TURBINE BREAKAWAY”報警信息出現的條件只有兩個(gè)，而且必須是兩個(gè)條件同時(shí)出現時(shí)，才會(huì )導致“POWER TURBINE BREAKAWAY”報警信息出現，從而將前述所列的12個(gè)可能故障點(diǎn)一下子縮減到了2個(gè)，即：機組NGP轉速達到65%以上，同時(shí)NPT轉速低于5%，可以極大的加快故障排查的速度。

    在實(shí)際故障處理過(guò)程中，我們發(fā)現NGP（燃氣發(fā)生器轉速）達到65%以上時(shí)，NPT（動(dòng)力透平轉速）實(shí)際上已經(jīng)達到了20%以上，根據機組邏輯控制圖中的邏輯控制原理，在速度檢測設備均正常情況下，機組不應該出現這一故障。那么，出現了這種情況只能說(shuō)明其中有一個(gè)轉速檢測探頭或數據傳輸通道出現了問(wèn)題。于是，將NGP和NPT轉速以100ms的掃描間隔時(shí)間置于同一個(gè)實(shí)時(shí)趨勢圖中，重新啟動(dòng)機組。在機組啟動(dòng)過(guò)程中，實(shí)時(shí)NPT曲線(xiàn)在壓縮機NPT轉速達到25%左右時(shí)突然出現一個(gè)向下的尖波中斷，NPT轉速突然降低為零，如圖2所示。
                          
                    
                                    圖2  NPT轉速達到25%左右突然出現一個(gè)向下

    此時(shí)“NPT Un d e r 5%”邏輯塊輸出“1”，同時(shí)“NGP Above 65%”邏輯塊滿(mǎn)足條件，也輸出“1”，當兩個(gè)條件同時(shí)輸出“1”時(shí)，導致“POWER TURBINE BREAKAWAY”報警信息出現并停機。因此，根據NPT轉速達到25%左右出現中斷尖波的信息，結合對數據傳輸通道的檢測結果可以進(jìn)一步得到以下判斷：機組通信通道工作正常；各個(gè)通訊模塊工作正常；浪涌保護器工作正常；NPT轉速探頭存在故障；考慮到現場(chǎng)機組運行時(shí)震動(dòng)較大，探頭延伸電纜也可能存在故障。

    根據以上得到的判斷，再經(jīng)過(guò)現場(chǎng)對探頭延伸電纜的檢查，很快判斷出是由于NPT轉速探頭故障導致的機組停機。更換NPT探頭，再次啟動(dòng)機組進(jìn)行測試，機組一次性啟動(dòng)成功。機組正常啟動(dòng)的曲線(xiàn)如圖3所示。
             
                   
                           圖3   機組正常后NPT轉速運行曲線(xiàn)

    案例一中描述的故障在處理方法和過(guò)程上很快說(shuō)明了一個(gè)事實(shí)，那就是：在進(jìn)行機組故障處理的過(guò)程中輔以機組邏輯控制圖，就可以達到事半功倍的效果。

    案例二：“POWER TURBINE UNDERSPEED”動(dòng)力透平低速停機故障

    府谷壓氣站在機組運行過(guò)程中，在調整轉速的時(shí)候曾出現過(guò)“POWER TURBINE UNDERSPEED”動(dòng)力透平低速停機故障。根據通常的分析方法，當出現“POWER TURBINEUNDERSPEED”動(dòng)力透平低速停機報警信息時(shí)，根據機組結構和控制原理可以判斷可能出現的故障點(diǎn)如下所列：

    （1）機組正常運行時(shí)的實(shí)際NPT轉速低于50%；

    （2）NPT轉速探頭出現故障；

    （3）NPT探頭延伸電纜故障；

    （4）電纜各個(gè)連接點(diǎn)接觸不良；

    （5）浪涌保護器故障；

    （6）速度輸入模塊故障。

    根據以上6條判斷出來(lái)的信息，如果逐步一一進(jìn)行檢查，需要花費大量的時(shí)間。但是從如圖4所示的邏輯控制圖可以看到其中還隱藏著(zhù)以下幾個(gè)信息：

    （1）機組第一次運行的時(shí)候，機組NPT轉速必須超過(guò)60%；

    （2）機組運行正常后，機組NPT轉速不得低于50%；

    （3）機組第一次運行的時(shí)候，如果NPT轉速不超過(guò)60%，6分鐘后將停機；

    （4）機組不存在任何硬件和軟件的故障。

    根據以上情況，可以看出，如果在進(jìn)行機組調整轉速時(shí)造成機組“POWER TURBINE UNDERSPEED”動(dòng)力透平低速停機后，如果查找不到任何故障時(shí)，按照機組邏輯控制圖就可以得到上述的另外3條信息，可以比較容易的就可以得到該故障是由于機組轉速調整不正確而導致的故障，從而在下次進(jìn)行機組轉速調整時(shí)進(jìn)行避免。
            
                 
                    圖4    “POWER TURBINE BREAKAWAY” 邏輯控制圖

    雖然通過(guò)機組邏輯控制圖輔助能夠快速判斷機組故障，但機組邏輯控制圖也并不是萬(wàn)能的，不可能在任何機組故障判斷中都能夠起到簡(jiǎn)化故障，快速分析、判斷故障的作用。不能盲目的在每一次機組出現故障時(shí)全部依賴(lài)機組邏輯控制圖來(lái)進(jìn)行機組故障的判斷，否則就是教條主義了。因此，采用多種方法進(jìn)行綜合判斷才是解決機組故障的最終解決辦法。

    案例三:“T5 HIGH” T5溫度高報警停機故障在2003、2004年機組大排量運行的過(guò)程中，府谷壓氣站機組曾出現過(guò)機組啟動(dòng)困難，并在機組啟動(dòng)過(guò)程中NGP到達60%NGP之前出現“T5 HIGH”，即T5溫度高報警停機。如果僅僅通過(guò)機組邏輯控制圖（如圖5所示）來(lái)進(jìn)行判斷，可以得到以下信息：（1）機組燃氣輪機在啟動(dòng)過(guò)程中T5溫度超過(guò)了1450℉；

    （2）在啟動(dòng)過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機轉速已經(jīng)在60%NGP以上。
        
                      
                                  圖5  T5  HIGH邏輯控制圖

    從圖5的機組邏輯控制圖中判斷出的信息中可以看出，要解決本次的T5溫度高停機，就要解決T5溫度高的問(wèn)題。但是，僅僅從上述兩個(gè)判斷信息來(lái)看，可以說(shuō)幾乎無(wú)法入手。因此，對于該故障來(lái)說(shuō)，雖然給處理故障提供了一個(gè)方向，限定了一個(gè)范圍，但僅僅依靠機組邏輯控制圖中判斷出的信息來(lái)解決T5溫度高故障顯然是不合適的。因此在這樣的情況下，還需要使用常規的方法來(lái)進(jìn)行判斷。工作人員通過(guò)常規的方法進(jìn)行分析后，得出T5溫度高的產(chǎn)生原因與以下信息有關(guān)：（1）機組燃料控制閥出現故障，控制閥的開(kāi)度偏大，導致燃料氣供給較多；（2）機組燃-空壓差（燃料氣壓力與壓氣機出口空氣壓力差）檢測變送器故障，導致檢測到的燃-空壓差比實(shí)際值偏大；（3）機組燃-空壓差控制參數隨著(zhù)機組的長(cháng)時(shí)間運行，已經(jīng)變得不合適，需要調整；（4）機組點(diǎn)火斜坡控制曲線(xiàn)參數（加速比）設置不合適；（5）機組燃料氣噴嘴堵塞，導致通過(guò)噴嘴實(shí)際進(jìn)入燃燒室的空氣量偏低；（6）T5探頭、信號檢測傳輸通道（含電纜、浪涌保護器、信號處理模塊等）出現故障，T5溫度信號錯誤。

    根據以上6條判斷的信息，并針對故障發(fā)生的可能性進(jìn)行了研究，將其中“機組燃氣—空氣壓差檢測變送器故障”、“T5探頭信號檢測傳輸通道故障”、“機組燃料氣噴嘴堵塞故障”作為重點(diǎn)對象進(jìn)行了排查，并在最后將故障鎖定在機組燃料氣噴嘴堵塞的問(wèn)題上。組織人員將機組燃料氣噴嘴拆下檢查，發(fā)現燃料氣噴嘴堵塞嚴重，如圖6所示。

                          
                                          圖6  機組燃料氣噴嘴堵塞故障

    結合機組工作原理和噴嘴堵塞的情況，經(jīng)過(guò)分析后，筆者發(fā)現了這樣一個(gè)現象：當機組噴嘴嚴重堵塞后，在機組啟動(dòng)過(guò)程中，噴嘴堵塞將導致實(shí)際進(jìn)入燃燒室的空氣量偏低，而此時(shí)燃-空壓差隨著(zhù)機組轉速的增加持續增加，為了將燃-空壓差控制在15PSI的范圍內，加速斜坡程序控制持續打開(kāi)燃料氣控制閥的開(kāi)度，以增加燃料氣的壓力，從而導致進(jìn)入燃燒室的燃料氣量持續增加。由于噴嘴堵塞，進(jìn)入燃燒室的空氣的量相對于燃料氣量來(lái)說(shuō)始終偏低，最終由于燃料氣過(guò)量導致T5溫度在很短的時(shí)間超過(guò)1450℉而停機，如圖7所示。

                        
                                       圖7  機組燃料氣噴嘴堵塞故障時(shí)啟動(dòng)曲線(xiàn)與正常曲線(xiàn)的比較  

    從圖7中可以看出，在加速斜坡過(guò)程，正常情況下燃料氣的供應量是逐漸增加的，當T5溫度達到一個(gè)最高值后，逐步下降，并趨于平穩。而在故障情況下，燃料氣的供應量急速升高，從而導致T5溫度快速升高，很快達到1450℉的停機值。

    從案例三中可以看出，機組邏輯控制圖在本故障案例中所起的作用并不大，僅僅給處理故障提供了一個(gè)方向，限定了一個(gè)大概的范圍，并沒(méi)有像案例一和案例二中那樣能夠將排查重點(diǎn)很快限定在一個(gè)很小的范圍，因此，機組邏輯控制圖在處理機組故障的時(shí)候并不是萬(wàn)能的。

    4 結論

    綜上所述，機組邏輯控制圖在處理大多數機組故障的時(shí)候是非常有效的，但并不是萬(wàn)能的。目前，府谷壓氣站三臺套燃壓機組運行時(shí)間長(cháng)、設備組件老化，使得機組故障頻發(fā)，而且在當前機組需要大負荷運行、大氣量輸氣，機組出現故障的時(shí)候，如何快速解決處理故障，確定機組發(fā)生故障的可能范圍，使機組快速恢復運行就顯得非常重要。因此，掌握了機組邏輯控制圖法，就相當于多掌握了一種好的解決機組故障的方法，有助于快速的解決機組故障。

    參考文獻：

    [1] Solar Turbines, TaurusTM 60 Operation & Maintenance Instructions Manual.

    [2] Dresser-Rand, CDP-416 Compressor Service Manual.

    摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第十期