劉亞鵬(內(nèi)蒙古大唐國(guó)際克什克騰旗煤制天然氣有限公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025350)

0 引言

丙烯壓縮機(jī)是一項(xiàng)重要的設(shè)備以及特有的優(yōu)勢(shì)，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用有著積極的意義和深遠(yuǎn)的影響。但是，從當(dāng)前的實(shí)際現(xiàn)狀來(lái)看，丙烯壓縮機(jī)組在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，仍然面臨著諸多的問(wèn)題尚未得到有效的解決，對(duì)此，相關(guān)領(lǐng)域必須予以充分的重視。基于此，相關(guān)領(lǐng)域必須進(jìn)一步加大對(duì)于該領(lǐng)域的研究力度，從提高技術(shù)工藝、優(yōu)化應(yīng)用流程，完善基礎(chǔ)設(shè)備三方面著手進(jìn)行，旨在全方位、多層次、多角度的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，切實(shí)地將丙烯壓縮機(jī)反轉(zhuǎn)問(wèn)題得到有效的解決，從而達(dá)到降低丙烯消耗率的目的，進(jìn)而科學(xué)有效的提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，提高核心競(jìng)爭(zhēng)力，更好地適應(yīng)現(xiàn)代化發(fā)展的實(shí)際需要。

1 工藝流程簡(jiǎn)介

自低溫甲醇洗-40 ℃級(jí)蒸發(fā)器送來(lái)的氣態(tài)丙烯，壓力0.02 MPaG，流量183 007 kg/h，進(jìn)入丙烯分離器Ⅰ(F001)，分離液體后的氣體進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，從低溫甲醇洗0 ℃級(jí)蒸發(fā)器送來(lái)的氣態(tài)丙烯，進(jìn)入丙烯分離器Ⅱ(F002)，壓力0.45 MPaG，流量80 443 kg/h， 分離液體后從補(bǔ)氣口進(jìn)入壓縮機(jī)，與壓縮機(jī)一段進(jìn)氣壓縮后的氣體混合后繼續(xù)壓縮到1.8 MPaG，99.3 ℃，壓縮后的氣態(tài)丙烯經(jīng)出口并聯(lián)的冷凝器，用循環(huán)水冷凝冷卻降溫至40 ℃進(jìn)入丙烯貯槽。丙烯貯槽中液態(tài)丙烯經(jīng)過(guò)丙烯冷卻器再次降溫后送往低溫甲醇洗丙烯蒸發(fā)器。當(dāng)機(jī)組在非滿負(fù)荷情況下運(yùn)行時(shí)，壓縮機(jī)出口閥前有部分高溫高壓氣體經(jīng)過(guò)防喘閥FV011(一段防喘閥)、FV012(二段防喘閥)分別引回到丙烯分離器Ⅰ (F001)和丙烯分離器Ⅱ(F002)內(nèi)，作為防喘振回流補(bǔ)充氣體，用以維持機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

2 現(xiàn)象分析

2020年7月19日丙烯壓縮A單元停車，因停車過(guò)程中卸載閥CH001沒(méi)有及時(shí)關(guān)閉，導(dǎo)致大量丙烯反串，使反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速達(dá)到1 700 r/min，以下是停車曲線 (CP121：一段入口壓力；CP123：二段入口壓力；CP125：壓縮機(jī)出口壓力；CF121：一段入口流量；CP123：二段入口流量；SE082/083：機(jī)組轉(zhuǎn)速)。

通過(guò)原因分析判定為機(jī)組停車后，部分出口氣體和二段入口氣體通過(guò)壓縮機(jī)缸體內(nèi)向一段均壓，在缸體內(nèi)氣體膨脹做功，驅(qū)使轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。2020年10月25日A單元停車時(shí)將F01和F02回氣閥關(guān)閉后，再次拍停機(jī)組，得到正常惰走曲線。

雖然此次停車轉(zhuǎn)子正常惰走，但分析一二段入口流量，拍停機(jī)組后，一段入口流量迅速降為0，幾秒后再次出現(xiàn)流量；二段入口流量在機(jī)組拍停后流量大幅上漲，可見(jiàn)即便將一二段回氣閥門關(guān)閉，在壓縮機(jī)缸體內(nèi)仍會(huì)有氣體向一段均壓。

2020年11月25日A單元停車時(shí)將二段回氣閥門關(guān)閉，拍停壓縮機(jī)，但并沒(méi)有解決停車反轉(zhuǎn)問(wèn)題，在停車后同樣出現(xiàn)了反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

雖然關(guān)閉了二段回氣閥，但卻沒(méi)有改變停車轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，可見(jiàn)解決停車反轉(zhuǎn)的有效的措施之一是關(guān)閉一段回氣閥。

2021年7月4日丙烯 A單元停車將一段回氣閥門關(guān)閉，拍停壓縮機(jī)，得到正常惰走曲線，因沒(méi)有復(fù)制ITCC數(shù)據(jù)，A單元ITCC停車照片(黃色曲線為轉(zhuǎn)速曲線如圖1所示)。

圖1 A單元ITCC停車照片

2021年7月26日機(jī)組沖轉(zhuǎn)過(guò)程中出口壓力達(dá)到2 000 kPa，無(wú)法進(jìn)行繼續(xù)沖轉(zhuǎn)，被迫停車。停車時(shí)將一二段防喘閥全開，用驗(yàn)證在防喘閥全開的情況下是否還會(huì)出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

2021年7月26日停車前因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)不凝汽聚集太多，出口壓力太大，出口和入口壓差在1 000 kPa以上，壓縮機(jī)運(yùn)行工況惡劣。雖然在停車前將一二段防喘閥全開，但并沒(méi)有減少出口和入口的壓差，停車時(shí)仍然出現(xiàn)反轉(zhuǎn)。

機(jī)組反轉(zhuǎn)可能會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子變形、干氣密封燒毀等設(shè)備事故。

3 原因分析

造成反轉(zhuǎn)的原因是機(jī)組停車時(shí)入口和出口存在壓力差，當(dāng)機(jī)組失去驅(qū)動(dòng)力后，壓縮機(jī)出口和二段入口的高壓氣體會(huì)向一段均壓，氣體在壓縮機(jī)缸體內(nèi)膨脹做功，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)反轉(zhuǎn)。

停車時(shí)，CH001緊急停車卸載閥沒(méi)有及時(shí)關(guān)閉，壓縮機(jī)出口氣體反竄至一段入口，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)，因壓縮機(jī)出口設(shè)有止回閥，不排除止回閥故障的可能性或止回閥位置設(shè)計(jì)不合理。

機(jī)組拍停前沒(méi)有將一二段防喘閥全開。ITCC中設(shè)計(jì)的正常停車過(guò)程需要按一定的速率將機(jī)組轉(zhuǎn)速降低至600 r/min，并穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后才可以停車，但是丙烯壓縮機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，機(jī)組轉(zhuǎn)速很難降低至3 910 r/min。

橫坐標(biāo)Hc%的計(jì)算方法如下：

(1)流量補(bǔ)償

流量補(bǔ)償值由式(1)計(jì)算決定

式中：MFLOW為壓縮機(jī)補(bǔ)償流量；MFLOWmax為最大質(zhì)量流量；h為文丘里管流量0～100%(壓縮機(jī)入口流量)；Pfo為壓縮機(jī)入口壓力(MPaG)；Pfob為限流板設(shè)計(jì)壓力條件(MPaA)；Tfo為壓縮機(jī)入口溫度(℃)；Tfob為限流板設(shè)計(jì)溫度條件(℃)。

(2)操作點(diǎn)

操作點(diǎn)位置通過(guò)下式計(jì)：

式中：MFLOW為壓縮機(jī)補(bǔ)償流量；MFLOWmax為最大質(zhì)量流量；Hc為喘振控制器測(cè)量點(diǎn)(操作點(diǎn)位置)；Ps為壓縮機(jī)入口壓力(MPaG)；Psb為壓縮機(jī)基準(zhǔn)壓力條件(MPaA)；Ts為壓縮機(jī)入口溫度(℃)；Tsb為壓縮機(jī)基準(zhǔn)溫度條件(℃)。

(3)縱坐標(biāo)

壓縮機(jī)壓比課通過(guò)下式計(jì)算：

式中：PRAT為壓縮機(jī)壓比；Ps為壓縮機(jī)入口壓力(MPaG)；Pd為壓縮機(jī)出口壓力(MPaG)。

壓縮機(jī)在低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)入口沒(méi)有足夠吸力，需要開大防喘閥來(lái)補(bǔ)充流量，一段入口流量上限為255 000 kg/h，當(dāng)防喘閥足夠大時(shí)，實(shí)際流量就會(huì)超過(guò)這個(gè)數(shù)值，但I(xiàn)TCC中一段入口流量最大的就是255 000 kg/h，導(dǎo)致壓縮機(jī)在降速過(guò)程中ITCC畫面中出現(xiàn)喘振，所以通常認(rèn)為機(jī)組轉(zhuǎn)速在4 200～4 400 r/min，一二段防喘閥門開度50%以上，機(jī)組具備停車條件，可進(jìn)行拍停操作。因?yàn)镮TCC的局限性，導(dǎo)致每次停車一二段防喘閥都不是全開[2]。

通過(guò)對(duì)多次停車曲線的分析，機(jī)組拍停后二段入口流量大幅上漲。機(jī)組停車時(shí)可以通過(guò)兩種方式均壓：一種通過(guò)防喘均壓；另一種通過(guò)壓縮機(jī)缸體均壓。壓縮機(jī)二段入口管線為DN450，二段防喘管線為DN200，防喘管線小于入口管線管徑，所以氣體通過(guò)缸體均壓速度大于防喘均壓速度，以此判斷驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)的主要來(lái)源為二段入口。

4 丙烯壓縮機(jī)組停車過(guò)程反轉(zhuǎn)解決方案探析

4.1 停車時(shí)全開一二段防喘閥

參考空分和首站壓縮機(jī)，停車前需要將機(jī)組轉(zhuǎn)速降低至最小運(yùn)行轉(zhuǎn)速，并全開防喘閥。丙烯壓縮機(jī)組拍停前需將轉(zhuǎn)速降低至3 910 r/min，將一二段防喘閥全開，出口壓力降低至1.3 MPa以下，盡可能降低壓縮機(jī)出口和入口的壓差。

為了避免降速過(guò)程中ITCC畫面中出現(xiàn)喘振報(bào)警，需要將一段入口流量CF121量程擴(kuò)大(擴(kuò)大量程可能改變流量的測(cè)量方式，需要與設(shè)計(jì)院進(jìn)行溝通)，使其能夠正確反映機(jī)組在低轉(zhuǎn)速、高防喘閥位情況下的流量。這種方法目前只存在理論上的可能性，實(shí)際是否有效還需要進(jìn)行驗(yàn)證[3]。

4.2 關(guān)閉一段回氣閥門

經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證關(guān)閉一段回氣閥可以解決停車反轉(zhuǎn)問(wèn)題，但因一段回氣閥門為DN1300蝶閥，開關(guān)時(shí)需要?jiǎng)趧?dòng)強(qiáng)度大，時(shí)間較長(zhǎng)，只能在計(jì)劃停車時(shí)進(jìn)行，在緊急停車時(shí)無(wú)法快速關(guān)閉，需要將此閥門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)更改為電動(dòng)或氣動(dòng)機(jī)構(gòu)。

4.3 使用ITCC中正常停車程序

ITCC中正常停車程序：

啟動(dòng)升速到暖機(jī)升速速率：40 r/min；升速階段升速速率：60 r/min(冷啟)，120 r/min(熱啟)；跨臨界升速速率：8 000 r/min：調(diào)速接管后升速速率：140 r/min；升速到超速試驗(yàn)的升速速率為：140 r/min。從整體上來(lái)看，共有8個(gè)運(yùn)行模式。第一是跳車模式 Turbine Tripped/Shutdown，第二是準(zhǔn)備啟機(jī) Ready to Start，第三是暖機(jī)#1 ldle Speed #1 (600 r/min)，第四是暖機(jī)#2 ldle Speed #2 (1500 r/min)，第五是升速模式 Acceleration，第六是正常運(yùn)行模式 Run (3 910～4 833 r/min)，第七書超速試驗(yàn) Over Speed Test (OS Trip 4 876 r/min)，第八時(shí)間正常停車Normal Stop(600 r/min)。

因目前缺少相關(guān)技術(shù)資料，ITCC無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常停車程序，需要儀控對(duì)ITCC系統(tǒng)進(jìn)行完善[4]。

5 停車程序及步驟

5.1 停車操作步驟

接到停機(jī)通知后，在降低負(fù)荷的同時(shí)進(jìn)行緩慢降速，避免壓縮機(jī)喘振。關(guān)閉丙烯蒸發(fā)器自調(diào)閥CL002、CL004、CL041、CL010、CL014，使壓縮機(jī)與低溫甲醇洗丙烯蒸發(fā)器系統(tǒng)切斷，轉(zhuǎn)入自身循環(huán)使系統(tǒng)內(nèi)大部分的液態(tài)丙烯存留在儲(chǔ)罐B001AB內(nèi)。

F001、F002將液位控制為0%。

關(guān)閉壓縮機(jī)一、二段回氣閥。

汽輪機(jī)降速，直至機(jī)組的最低轉(zhuǎn)速。

壓縮機(jī)停車時(shí)轉(zhuǎn)速降到3 910 r/min，按輔助操作盤“緊急停車”按鈕。

關(guān)閉一、二段激冷調(diào)節(jié)主線和副線閥門。

關(guān)閉主蒸汽大閥CH004、CH005，開速關(guān)閥前放空。打開汽輪機(jī)缸體導(dǎo)淋排液。

當(dāng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速到0 r/min后，關(guān)閉一二級(jí)密封氣，隔離氣正常投用。

啟動(dòng)盤車裝置，為軸瓦降溫。

開熱井集液箱脫鹽水補(bǔ)水閥，汽輪機(jī)停車后凝結(jié)水泵、疏水泵運(yùn)行一段時(shí)間，排凈凝液。

空冷島風(fēng)機(jī)停運(yùn)，關(guān)百葉窗，冬季時(shí)拉上空冷島棉簾保溫。

關(guān)閉B001A/B下液閥、出液閥門及丙烯蒸發(fā)器自調(diào)閥前后截止閥。

關(guān)軸封蒸汽閥門，停抽氣器，打開破真空閥。

現(xiàn)場(chǎng)將凝結(jié)水泵、疏水泵就地開關(guān)切換至“就地”位置，現(xiàn)場(chǎng)按凝結(jié)水泵、疏水泵“停止”按鈕，停運(yùn)凝結(jié)水泵、疏水泵。

關(guān)閉熱井、集液箱補(bǔ)水閥、凝結(jié)水泵、疏水泵的出口閥、軸承冷卻水的進(jìn)、出口閥，關(guān)閉6512、6520、6513、6521自調(diào)閥的前后截止閥。

停潤(rùn)滑油系統(tǒng)后軸瓦溫度復(fù)溫不超過(guò)70 ℃，停運(yùn)盤車和油系統(tǒng)(約16 h)，10 min后關(guān)閉隔離氣針形閥。

現(xiàn)場(chǎng)停運(yùn)排油煙風(fēng)機(jī)。

5.2 連鎖緊急停車程序及步驟

首先，應(yīng)關(guān)閉一、二段激冷調(diào)節(jié)主線和副線閥門，以及主蒸汽大閥CH004/CH005，開速關(guān)閥前放空，并打開汽輪機(jī)缸體導(dǎo)淋排液。其次，當(dāng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速到0 r/min后，關(guān)閉一、二級(jí)密封氣，隔離氣正常投用。接下來(lái)要啟動(dòng)盤車，開熱井集液箱脫鹽水補(bǔ)水閥，凝結(jié)水泵、疏水泵運(yùn)行。最后，需要?？绽淦黠L(fēng)機(jī)，關(guān)閉B001A/B出液閥、下液閥門及丙烯蒸發(fā)器自調(diào)閥前后截止閥及副線閥。在此過(guò)程中，需要特別注意的是冬季空冷島風(fēng)機(jī)在停運(yùn)過(guò)程中，必須保證百葉窗的關(guān)閉狀態(tài)，拉上空冷島棉簾防凍，這點(diǎn)是至關(guān)重要的，相關(guān)領(lǐng)域必須以充分重視。

5.3 停車過(guò)程中可能出現(xiàn)異常及事故的處理程序

熱井液位高是停車過(guò)程中常見(jiàn)的一個(gè)問(wèn)題，造成該問(wèn)題的原因主要為[5]：首先，針對(duì)熱井液位的參數(shù)設(shè)定本身就存在偏高的問(wèn)題，造成凝結(jié)水泵不打量。其次，造成熱井液位高的原因也與冷凝液量有著密切的關(guān)系，因此，必須注重冷凝液的大小，并作出科學(xué)合理的把控。與此同時(shí)，必須進(jìn)一步針對(duì)冷凝管網(wǎng)問(wèn)題進(jìn)行解決，有效地避免由于冷凝液管網(wǎng)壓力高的問(wèn)題。最后，備用泵出口止逆閥內(nèi)漏以及液位調(diào)節(jié)閥故障或液位變送器指示不準(zhǔn)確也會(huì)造成熱井液位高的問(wèn)題。

5.3.1 解決方案或處理措施

(1)降低液位設(shè)定值。

(2)檢查泵和電機(jī)是否正常；檢查泵進(jìn)口排氣閥是否打開，泵進(jìn)口及備用泵有無(wú)泄漏；冷凝液泵入口是否漏氣；

(3)減小脫鹽水補(bǔ)水閥開度或機(jī)組降負(fù)荷；

(4)啟動(dòng)備用泵，隔離檢修止逆閥；

(5)聯(lián)系調(diào)度確認(rèn)管網(wǎng)是否暢通；

(6)聯(lián)系儀表檢查處理。

其次，壓縮機(jī)停車過(guò)程中的異常振動(dòng)和異常噪音是極其容易引發(fā)機(jī)組損壞的誘導(dǎo)因素。

5.3.2 異常原因分析和判斷

(1)機(jī)組找正精度被破壞，不對(duì)中；

(2)轉(zhuǎn)子不平衡；

(3)轉(zhuǎn)子葉輪摩擦與損壞；

(4)主軸彎曲；

(5)聯(lián)軸器的故障或不平衡；

(6)軸承不正常；

(7)地腳螺栓松動(dòng)，地基不堅(jiān)固；

(8)油壓、油溫不正常；

(9)油中有污垢，不清潔，使軸承發(fā)生磨損；

(10)機(jī)內(nèi)侵入或附著夾雜物；

(11)壓縮機(jī)喘振；

(12)氣體管道對(duì)機(jī)殼有附加應(yīng)力；

(13)壓縮機(jī)負(fù)荷急劇變化。

5.3.3 解決方案或處理措施

第一，相關(guān)領(lǐng)域必須進(jìn)一步加強(qiáng)檢查力度，制定完善的檢查方案，并嚴(yán)格落實(shí)。在實(shí)際的檢查過(guò)程中，特別需要針對(duì)機(jī)組振動(dòng)情況，軸向振幅大，振動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)速問(wèn)題予以充分的重視。通常情況下，其振值為2～3倍左右。與此同時(shí)，必須卸下聯(lián)軸器，使原動(dòng)機(jī)單獨(dú)轉(zhuǎn)動(dòng)，如果原動(dòng)機(jī)無(wú)異常振動(dòng)，則可能為不對(duì)中，應(yīng)重新找正。第二，必須停車檢查轉(zhuǎn)子是否有污垢或破損，必要時(shí)轉(zhuǎn)子重新做動(dòng)平衡。真對(duì)轉(zhuǎn)子葉輪有應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)檢查力度，并做好相應(yīng)的記錄工作查看其表面是否有摩擦和損壞，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決，必要時(shí)要根據(jù)具體問(wèn)題具體分析，進(jìn)行修復(fù)或更換。第三，需要進(jìn)一步檢查主軸是否彎曲，必要時(shí)進(jìn)行校正直軸。針對(duì)檢查聯(lián)軸器問(wèn)題，在的檢查過(guò)程中，必須將聯(lián)軸器進(jìn)行拆除，綜合的分析其平衡狀況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)修復(fù)，以免問(wèn)題的擴(kuò)大化。第四，必須檢查軸承徑向間隙，并進(jìn)行調(diào)整，檢查軸承蓋與軸承瓦背之間的過(guò)盈量，如過(guò)小則應(yīng)加大；若軸承合金損壞，則換瓦。第五，要修補(bǔ)地基，緊固地腳螺栓。第六，需要檢查各油系統(tǒng)的油壓、油溫和工作情況，在油溫過(guò)低的情況下要加入潤(rùn)滑油這點(diǎn)是至關(guān)重要的。第七，針對(duì)油質(zhì)的檢查問(wèn)題，必須嚴(yán)格落實(shí)，特別是針對(duì)過(guò)濾環(huán)節(jié)必須予以充分的重視，進(jìn)一步加強(qiáng)過(guò)濾環(huán)節(jié)，定期換油。第八，檢查壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)是否遠(yuǎn)離喘振點(diǎn)，防喘裕度是否足夠，按規(guī)定的性能曲線改變運(yùn)行工況點(diǎn)，加大吸入量檢查防喘振裝置是否正常工作[6]。

6 結(jié)語(yǔ)

解決壓縮機(jī)反轉(zhuǎn)的方法就是通過(guò)各種措施使機(jī)組在盡可能短短時(shí)間內(nèi)完成一段入口、二段入口和出口的均壓，從根本上消除誘發(fā)丙烯機(jī)組反轉(zhuǎn)的因素和條件保障設(shè)備無(wú)損使用。