某大型合成氨裝置新購置一臺高壓蒸汽透平，用于驅動合成氣壓縮機。在壓縮機組重新啟動開車時，調速閥先后3次出現故障，嚴重影響了整個合成氨裝置的正常運行，造成重大經濟損失。通過對蒸汽透平調速閥故障現象的分析、探討，找出高壓蒸汽透平調速閥故障的原因，提出了消除高壓蒸汽透平調速閥故障的整改措施，為今后診斷和消除類似故障是一個有益的啟迪。

　　某大型合成氨裝置中合成氣壓縮機(位號：103-J)是合成氨裝置的關鍵設備，由單缸、反動式抽汽凝汽式蒸汽透平驅動(蒸汽透平位號103-JT)。蒸汽透平的具體參數如下：

　　進汽壓力(正常/最大)：10.1/10.3MPa(a)

　　進汽溫度(正常/最大)：440/455℃

　　進汽流量(正常/最大)：274/295t/h

　　抽汽壓力(正常/最大)：3.92/4.22MPa(a)

　　抽汽流量(正常/最大)：220/244t/h

　　工作轉速(正常/最大)：10423/10872r/min

　　功 率(正常/額定)：17738/20429kW

　　機組采用兩側全周進汽且上排汽的結構。透平徑向軸承為五塊可傾瓦軸承，止推軸承為金斯伯雷型。

1、調速閥故障現象及處理措施

　　在合成氨裝置開車初期，由于種種原因裝置的負荷只能在85%~90%范圍內運行，這時對應透平轉速為10030~10040r/min。2009年，裝置滿足全負荷運行條件，透平開始升速，打開全部調節閥，即調節閥處于全開狀態，發現透平轉速僅為9893r/min，達不到設計轉速10423r/min。于是裝置停車檢修，對103-JT透平調速閥解體檢查，發現調速閥第4個調節閥閥桿斷裂(正常閥頭與閥桿是螺紋連接，并用銷釘鎖死)。調節閥閥頭位置及斷裂情況見圖1~3。

圖1 閥桿部分凸出閥梁部分凹進閥梁

圖2 閥桿

圖3 閥頭

　　在對斷裂的調節閥整套閥梁組件更換后(圖4所示)，裝置再次開車對103-JT透平進行加負荷提速實驗，當調速閥閥位由76%開至95%時，透平轉速變化僅為40r/min，最高僅為9910r/min。具體實驗數據見表1。

圖4 第一次更換的整套閥梁組件

表1 實驗數據

　　于是裝置再次停車，對103-JT透平調速閥解體檢查，發現4#調節閥閥桿斷裂、閥頭脫落，斷裂情況見圖5~6。

圖5 斷掉的閥桿

圖6 閥桿橫斷面

　　于是又采取的措施是改造閥梁組件(圖7所示)，閥梁兩端的橫斷面改為弧線形，4#閥頭的行程由原設計27.0±0.30mm，改為17.0±0.30mm(即3#、4#閥頭同時開啟)。

圖7 第二次更換的閥梁組件

　　更換新型閥梁組件后，裝置再次開車，調節閥全部打開，103-JT透平轉速最高升為9366r/min后不再繼續升速，還是沒有達到設計轉速。于是再次停車對103-JT調速閥組件解體檢查，發現東側的調速閥提干斷裂，西側的調速閥提桿彎曲，調速閥桿閥頭完好。情況如圖8，9所示。

圖8 正常閥桿

圖9 斷裂的閥桿

2、調速閥故障分析及措施

　　透平調速閥的結構大體有以下三種，即閥桿是全部凸出閥梁的、閥桿部分凸出部分凹進閥梁和閥桿全部凹在閥梁內。103-JT透平調速閥采用的是部分凸出部分凹進閥梁結構。

　　由于103-JT透平調速閥采用的是部分凸出和部分凹進梁結構，使得透平升速過程中各閥頭閥桿受力不均勻。103-JT閥梁組件共有4個閥頭(具體分布見圖1)，其中1#、3#閥桿凹進閥梁，2#、4#閥桿凸出閥梁。正常運行時，4#閥頭是最后開啟的，此時透平進蒸汽量最大，閥頭部分受力最大，閥頭受力約5t，致使閥頭與閥座緊密結合，凸出閥梁的閥桿受氣流沖擊力，產生振動或擺動，使閥桿與閥頭螺紋連接處受到橫向交變力，導致閥桿斷裂。

　　同時，在分析103-JT透平調速閥4#閥頭故障原因時，也對其他同規模合成氨裝置類似條件下運行的機組透平4#閥頭組件進行了分析比較，發現盡管機組透平調速閥閥桿也有采用凸出閥梁結構的，但采用凸出梁結構的調節閥閥頭閥桿直徑一般較大，而且閥桿與閥頭是整體鍛造結構;而103-JT透平閥桿直徑較小，剛性自然較差，承受側向氣流沖擊力的能力較小，且閥頭與閥桿是螺紋連接的分體式結構。

　　改進措施：通過上述分析，認識到103-JT透平調速閥4#閥頭多次出現斷裂的原因，改進閥頭組件的結構(圖10所示)，加大各閥頭閥桿的直徑，從原來的33mm增加至42mm。整改后裝置再次開車，機組最高轉速達到10166r/min，裝置負荷為93%，此時4#閥頭全部處于開啟狀態，機組運行良好，調速閥組件狀況良好。

圖10 改造后的第4#閥頭組

3、結論

　　103-JT高壓蒸汽透平調節閥故障主要原因是閥頭組件結構和設計缺陷造成。103-JT透平調節閥是引進國外技術、國內消化吸收后自行設計制造的。希望在今后的技術引進及消化過程中，要開展大量艱苦、細致的工作，要知其然更要知其所以然，在熟練應用國內外各種設計計算軟件的前提下，不斷開發研制大量先進的設計計算軟件，用以驗證設計產品的安全可靠性，否則用戶將付出慘重的經濟和安全代價，給整個社會造成極大的浪費。