前言

很多硫磺制酸裝置核心動力風機設備，都采用單級透平軸流風機，透平轉速采用505進行控制。有的透平風機在運行過程中出現失速，如圖505控制器上顯示失速控制分別高出128轉和低于337轉，出現時間長達10秒鐘（見圖1）.

圖1

一、透平概述

透平是將流體介質中蘊有的能量轉換成機械功的機器，它是由噴嘴和動葉柵組成。透平機從結構可分為單級和多級透平。

單級透平主要結構（見圖2）：動葉按一定的距離和一定的角度安裝在葉輪上形成動葉柵，并構成許多相同的蒸汽通道。動葉柵裝在葉輪上，與葉輪以及轉軸組成透平的轉動部分，稱為轉子。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，構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，使其熱能轉化成動能，從噴嘴出來的高速汽流，以一定的方向進入動葉通道，在動葉通道中汽流速度改變，對動葉產生一個作用力，推動轉子轉動，完成動能到機械能的轉換。

圖2

二、透平參數及控制

在硫磺制酸裝置中透平屬于單級透平，由硫磺制酸裝置余熱鍋爐產生的中壓過熱蒸汽驅動，拖動軸流風機。采用505控制器控制透平轉速，有DCS連鎖保護。用DCS系統測量透平液位、溫度、壓力、震動、位移、轉速測量點，并實施連鎖保護運算（見圖3）。

圖3

三、失速分析

失速的危害

失速就是控制系統對透平失去了轉速控制。這對透平機組是非常危險的，問題嚴重時將導致透平機組發生“飛車事故”，造成人身安全財產損失。失速還伴隨透平機組震動加劇、軸向位移發現劇烈變化，致使瓦溫升高，觸發透平機組連鎖跳停；硫磺制酸裝置中空氣是由透平機組提供，當裝置在運行過程中出現透平失速，若轉速降低導致空氣不足，造成焚硫爐超溫，損壞焚硫爐，嚴重時將導致硫磺燃燒不充分生成升華硫，造成嚴重的系統破壞；若轉速升高將會出現空氣壓力高于干燥塔設計酸封高度，酸封吹破，空氣和酸從干吸槽溢出損壞干燥泵，造成設備和環保事故，當軸流風機出口壓力與裝置阻力達到揣震范圍，將引發風機揣震損壞設備。

調速原理

透平采用電液調節系統,主要由電氣部件、液壓部件組成。利用電氣部件測量和傳輸信號，信號的綜合處理能力強，控制精度高，操作、調整與調節參數的修改又方便。液壓部件用作執行器（調節汽閥驅動裝置）時充分顯示出響應速度快、輸出功率大的優越性，是其他類型執行器無法取代的。采用模擬電調系統，具有快速、準確和靈敏度高的特點，系統的調節精度高，遲緩率為0.1%。調速由505控制器完成，給出控制電液轉換器信號，實施對透平精準控制。

失速分析

從工藝參數（表1）的變化分析可見，若透平出現嚴重失速，將導致焚硫爐進風減少，焚硫爐溫度升高，長時間極易造成升華硫事故。

表1

問題一分析：轉速降低，透平進汽和出汽相應降低，可以認為是透平進汽調速閥故障，但是無法解釋排汽溫度升高和轉速突然升高，透平進汽和出汽也相應升高，并且高過正常轉速的流量，則可排除進汽調速閥故障。

問題二分析：透平在失速過程中震動、徑向位移和瓦溫均沒有出現變化，保持故障前的狀態，因此排除透平本體機械故障。

問題三分析：應該出在透平外圍，在提供動力的蒸汽管路上，分析蒸汽管路運行中處于“運動的”有調速閥和止回閥，前面已經排除了調速閥的故障。從（圖4）可見，透平背壓蒸汽去了蒸汽管網，蒸汽管網并有兩臺HRS低溫余熱鍋爐和兩臺透平機組管網壓力（見表2），低壓蒸汽管網壓力隨下游用汽大小變化，該透平設計排氣壓力為0.5MPa，實際運行壓力為0.46MPa。運行壓力非常接近低壓管網壓力，當低壓管網壓力升高，會破壞止回閥正常運行的平衡力，致使止回閥動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閥，當止回閥有微小變動，將會改變管道流量，因此判斷是該止回閥動作滯后有卡澀現象，排汽不暢，從（表1）透平變化的數據中，能進一步證明是止回閥造成的；當止回閥滯后動作時，透平轉速降低，排汽量減小、排汽壓力升高、進汽流量變小、透平葉輪壓力升高，改變原始動態力平衡，軸向位移變大；當透平轉速升高時，排汽流量增長、排汽壓力降低、進汽流量變大、透平葉輪壓力降低，改動態力平衡，軸向位移變大。

表2

圖4