前言

很多硫磺制酸装置核心动力风机设备，都采用单级透平轴流风机，透平转速采用505进行控制。有的透平风机在运行过程中出现失速，如图505控制器上显示失速控制分别高出128转和低于337转，出现时间长达10秒钟（见图1）.

图1

一、透平概述

透平是将流体介质中蕴有的能量转换成机械功的机器，它是由喷嘴和动叶栅组成。透平机从结构可分为单级和多级透平。

单级透平主要结构（见图2）：动叶按一定的距离和一定的角度安装在叶轮上形成动叶栅，并构成许多相同的蒸汽通道。动叶栅装在叶轮上，与叶轮以及转轴组成透平的转动部分，称为转子。静叶按一定的距离和一定的角度排列形成静叶栅，静叶栅固定不动，构成的蒸汽通道称为喷嘴，具有一定压力和温度的蒸汽在喷嘴中膨胀，蒸汽压力、温度降低，速度增加，使其热能转化成动能，从喷嘴出来的高速汽流，以一定的方向进入动叶通道，在动叶通道中汽流速度改变，对动叶产生一个作用力，推动转子转动，完成动能到机械能的转换。

图2

二、透平参数及控制

在硫磺制酸装置中透平属于单级透平，由硫磺制酸装置余热锅炉产生的中压过热蒸汽驱动，拖动轴流风机。采用505控制器控制透平转速，有DCS连锁保护。用DCS系统测量透平液位、温度、压力、震动、位移、转速测量点，并实施连锁保护运算（见图3）。

图3

三、失速分析

失速的危害

失速就是控制系统对透平失去了转速控制。这对透平机组是非常危险的，问题严重时将导致透平机组发生“飞车事故”，造成人身安全财产损失。失速还伴随透平机组震动加剧、轴向位移发现剧烈变化，致使瓦温升高，触发透平机组连锁跳停；硫磺制酸装置中空气是由透平机组提供，当装置在运行过程中出现透平失速，若转速降低导致空气不足，造成焚硫炉超温，损坏焚硫炉，严重时将导致硫磺燃烧不充分生成升华硫，造成严重的系统破坏；若转速升高将会出现空气压力高于干燥塔设计酸封高度，酸封吹破，空气和酸从干吸槽溢出损坏干燥泵，造成设备和环保事故，当轴流风机出口压力与装置阻力达到揣震范围，将引发风机揣震损坏设备。

调速原理

透平采用电液调节系统,主要由电气部件、液压部件组成。利用电气部件测量和传输信号，信号的综合处理能力强，控制精度高，操作、调整与调节参数的修改又方便。液压部件用作执行器（调节汽阀驱动装置）时充分显示出响应速度快、输出功率大的优越性，是其他类型执行器无法取代的。采用模拟电调系统，具有快速、准确和灵敏度高的特点，系统的调节精度高，迟缓率为0.1%。调速由505控制器完成，给出控制电液转换器信号，实施对透平精准控制。

失速分析

从工艺参数（表1）的变化分析可见，若透平出现严重失速，将导致焚硫炉进风减少，焚硫炉温度升高，长时间极易造成升华硫事故。

表1

问题一分析：转速降低，透平进汽和出汽相应降低，可以认为是透平进汽调速阀故障，但是无法解释排汽温度升高和转速突然升高，透平进汽和出汽也相应升高，并且高过正常转速的流量，则可排除进汽调速阀故障。

问题二分析：透平在失速过程中震动、径向位移和瓦温均没有出现变化，保持故障前的状态，因此排除透平本体机械故障。

问题三分析：应该出在透平外围，在提供动力的蒸汽管路上，分析蒸汽管路运行中处于“运动的”有调速阀和止回阀，前面已经排除了调速阀的故障。从（图4）可见，透平背压蒸汽去了蒸汽管网，蒸汽管网并有两台HRS低温余热锅炉和两台透平机组管网压力（见表2），低压蒸汽管网压力随下游用汽大小变化，该透平设计排气压力为0.5MPa，实际运行压力为0.46MPa。运行压力非常接近低压管网压力，当低压管网压力升高，会破坏止回阀正常运行的平衡力，致使止回阀动作从新建立新的平衡力，从止回阀的流量特性可以看出近似于快开阀，当止回阀有微小变动，将会改变管道流量，因此判断是该止回阀动作滞后有卡涩现象，排汽不畅，从（表1）透平变化的数据中，能进一步证明是止回阀造成的；当止回阀滞后动作时，透平转速降低，排汽量减小、排汽压力升高、进汽流量变小、透平叶轮压力升高，改变原始动态力平衡，轴向位移变大；当透平转速升高时，排汽流量增长、排汽压力降低、进汽流量变大、透平叶轮压力降低，改动态力平衡，轴向位移变大。

表2

图4