裂解氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速故障處理及優(yōu)化

方群偉，程亮

(中韓(武漢)石油化工有限公司，湖北 武漢 430070)

關(guān)鍵字： 裂解氣壓縮機(jī)；轉(zhuǎn)速探頭；故障；優(yōu)化

某石化乙烯裝置裂解氣壓縮機(jī)采用國產(chǎn)化產(chǎn)品，三缸五段十四級壓縮結(jié)構(gòu)，主驅(qū)動(dòng)部分為超高壓蒸汽透平機(jī)。裂解氣壓縮機(jī)將裂解爐在高溫下裂解的混合氣壓力從0.3 MPa左右壓縮到4 MPa左右，以便裂解氣在后續(xù)流程中冷卻分餾，提取出高純度乙烯和丙烯供下游裝置使用[1]。雖然壓縮機(jī)控制系統(tǒng)一般有冗余功能[2]，若是出現(xiàn)嚴(yán)重的儀表故障，一般選擇停壓縮機(jī)進(jìn)行檢修或消除故障[3-4]，但是對于不能開蓋處理的儀表故障問題，需要采取應(yīng)急處理措施，確保裝置平穩(wěn)運(yùn)行。

1 基本情況

該裝置乙烯裂解氣壓縮機(jī)(K201)透平轉(zhuǎn)速探頭一共有6支，SE2A，SE2B，SE2C 3支探頭的轉(zhuǎn)速信號輸入CCC控制系統(tǒng)，采用“三取中”邏輯調(diào)節(jié)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷。SE3A，SE3B，SE3C 3支探頭轉(zhuǎn)速信號輸入WOODWORD“2oo3”超速保護(hù)系統(tǒng)，獨(dú)立于控制系統(tǒng)單獨(dú)超速保護(hù)，一旦超速直接“2oo3”聯(lián)鎖停壓縮機(jī)。SE1為零轉(zhuǎn)速探頭，開停車時(shí)使用；KI1為鍵相位信號，日常為狀態(tài)監(jiān)測使用，也可以視為轉(zhuǎn)速使用。該壓縮機(jī)透平機(jī)控制轉(zhuǎn)速探頭信號回路如圖1所示，零轉(zhuǎn)速和鍵相位信號回路如圖2所示。

圖1 壓縮機(jī)透平機(jī)控制轉(zhuǎn)速探頭信號回路示意

圖2 零轉(zhuǎn)速和鍵相位信號回路示意

2 故障案例及應(yīng)急處理

2017年12月13日，該裝置技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)K201轉(zhuǎn)速探頭 SE2B，SE2C，SE3A相繼故障，檢查K201機(jī)械性能正常，為保證該壓縮機(jī)不因轉(zhuǎn)速信號故障停機(jī)，儀表人員將SE3B，SE3C，SE2A 3路轉(zhuǎn)速信號一分為二，其中一路信號并行接入出現(xiàn)故障的信號通道中，使CCC調(diào)速系統(tǒng)和超速保護(hù)系統(tǒng)共用一組探頭轉(zhuǎn)速信號。

2017年12月16日， SE3B探頭發(fā)生故障，導(dǎo)致CCC調(diào)速系統(tǒng)和超速保護(hù)系統(tǒng)的SE2B和SE3B轉(zhuǎn)速信號數(shù)值降為零，儀表人員將零轉(zhuǎn)速探頭SE1信號并行接入CCC調(diào)速系統(tǒng)中的SE2B信號通道，要求設(shè)備專業(yè)將頂軸油泵控制模式打到手動(dòng)狀態(tài)，避免SE1探頭故障引起頂軸油泵自啟動(dòng)，導(dǎo)致該壓縮機(jī)機(jī)組振動(dòng)過大，造成停車；同時(shí)將鍵相位KI1信號從3500軸系檢測系統(tǒng)頻率輸出信號接入超速保護(hù)器原SE3B信號通道。

2017年12月17日，SE2A轉(zhuǎn)速探頭故障，CCC調(diào)速控制系統(tǒng)和超速保護(hù)器上的SE2A，SE3A轉(zhuǎn)速探頭信號數(shù)值降為零。將鍵相位KI1信號引入CCC調(diào)速控制器的SE2A信號通道中，將SE1探頭信號分一路給超速保護(hù)器。

由DCS的AO通道，將4～20 mA信號通過頻率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為5 kHz 頻率信號，模擬轉(zhuǎn)速探頭頻率信號SE3A，SE3C接入超速保護(hù)器，在超速保護(hù)器中根據(jù)轉(zhuǎn)子型號設(shè)置齒數(shù)，保證超速保護(hù)器正常運(yùn)行。經(jīng)過調(diào)整變更后的CCC調(diào)速控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速探頭信號來源見表1所列，超速保護(hù)系統(tǒng)探頭信號來源見表2所列。

表1 CCC調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速探頭信號來源

表2 超速保護(hù)系統(tǒng)速度探頭信號來源

2018年6月15日CCC控制系統(tǒng)上顯示綜合故障報(bào)警(SPE_A)，檢查SPE_A回路及探頭，延伸電纜及探頭電阻、絕緣情況良好，前置放大器未發(fā)現(xiàn)故障，CCC控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速模塊及IOC卡件無異常，更換了最有可能出現(xiàn)故障的前置放大器。

2018年11月1日，超速保護(hù)器中的SE3A探頭轉(zhuǎn)速信號發(fā)生低速報(bào)警(低速報(bào)警3 400 r/min，高速報(bào)警4 300 r/min)，經(jīng)檢查歷史趨勢和機(jī)柜間信號源，初步判定為SE3A的頻率發(fā)生器質(zhì)量問題，導(dǎo)致輸出到超速保護(hù)器的頻率波動(dòng)頻繁。將SE3A的頻率發(fā)生器更換為SE3C使用的頻率發(fā)生器，更換后發(fā)現(xiàn)頻率穩(wěn)定。針對超速保護(hù)器信號波動(dòng)情況，補(bǔ)充制定了新的預(yù)案。

3 原因分析

2016年該裝置大修時(shí)配置了CCC控制系統(tǒng)[5]，更換了6支轉(zhuǎn)速探頭。探頭由磁極、線圈、永磁體、信號線和外殼組成，轉(zhuǎn)速探頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)速探頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意

針對轉(zhuǎn)速信號連續(xù)出現(xiàn)的故障，在現(xiàn)場進(jìn)行了詳細(xì)的檢查，分析了諸多因素后[6]，認(rèn)為可能造成故障的原因有如下幾點(diǎn)：

1)探頭產(chǎn)品質(zhì)量問題。探頭測量原理是金屬移動(dòng)切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓通過頻率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量信號進(jìn)入控制系統(tǒng)，檢測不到頻率信號，可能是探頭內(nèi)部磁極或線圈故障或接觸不良。

2)探頭松動(dòng)導(dǎo)致探頭磨損，或探頭遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)動(dòng)軸，無法正常切割磁力線，無法產(chǎn)生頻率信號。

3)探頭線纜沖刷磨損或斷裂，造成信號故障。在2017年12月短時(shí)間連續(xù)出現(xiàn)5個(gè)轉(zhuǎn)速信號故障，判斷探頭引線集中斷裂的可能性比較大。

4 維修情況及優(yōu)化措施

2020年11月K201壓縮機(jī)開蓋后，發(fā)現(xiàn)探頭處電纜斷裂，與轉(zhuǎn)速顯示位號一一對應(yīng)。根據(jù)轉(zhuǎn)速探頭斷裂情況，該公司組織多個(gè)部門技術(shù)人員對斷裂原因進(jìn)行分析，主要有如下幾個(gè)方面：

1)轉(zhuǎn)速探頭在推力軸瓦和徑向軸瓦之間，左右2個(gè)探頭安裝支架中間有較大間隙，潤滑油隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，油氣沖刷引線部位，沖擊力造成引線搖擺斷裂。

2)轉(zhuǎn)速探頭長時(shí)間在高溫和油環(huán)境中，使電纜膠皮材質(zhì)變脆，不能起到保護(hù)電纜的作用。

3)選擇的轉(zhuǎn)速探頭耐溫為-65～95 ℃，工作環(huán)境溫度為90 ℃左右，接近轉(zhuǎn)速探頭耐溫范圍上限。

4)轉(zhuǎn)速探頭安裝電纜無法固定，且油氣沖刷時(shí)存在受力不均勻情況。

2020年該公司乙烯脫瓶頸改造項(xiàng)目中，該裝置K201壓縮機(jī)整體更換新機(jī)，儀表專業(yè)技術(shù)人員在新的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速探頭安裝時(shí)制訂了詳細(xì)的整改方案，改進(jìn)前后的轉(zhuǎn)速探頭安裝方式對比如圖4所示。

圖4 改進(jìn)前后的轉(zhuǎn)速探頭安裝方式示意

為避免再次發(fā)生轉(zhuǎn)速探頭引線斷裂引起該壓縮機(jī)儀表信號故障，采取了以下措施[7-8]：

1)在軸瓦上重新打孔，增加安裝支架，固定探頭引出線。

2)兩個(gè)安裝盤分別從左右兩側(cè)分開走引線，減少一側(cè)走線造成油氣沖刷和故障后相互作用的影響。

3)在轉(zhuǎn)速探頭外增加熱縮管對探頭電纜進(jìn)行保護(hù)，并在探頭電纜出口處用防油防高溫密封膠固定，減少電纜出口與探頭金屬的摩擦。

5 結(jié)束語

壓縮機(jī)機(jī)組轉(zhuǎn)速探頭關(guān)系到機(jī)組聯(lián)鎖停車和負(fù)荷控制，對裝置安全運(yùn)行至關(guān)重要?，F(xiàn)場故障現(xiàn)象出現(xiàn)后，發(fā)現(xiàn)機(jī)組一旦扣蓋后，探頭故障無法及時(shí)檢測和處理，探頭安裝存在隱患和不確定性。在開蓋檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)安裝缺陷造成潤滑油沖刷探頭，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速探頭引線斷裂問題，通過改進(jìn)轉(zhuǎn)速探頭優(yōu)化安裝方式后，運(yùn)行效果良好。組轉(zhuǎn)速探頭故障的應(yīng)急處理及安裝方式具有一定的借鑒和推廣意義。