裂解氣壓縮機(jī)組的控制

呂攀

(中石化第十建設(shè)有限公司 儀電分公司，山東 淄博 266555)

鎮(zhèn)海煉化公司1 Mt乙烯裝置裂解氣壓縮機(jī)采用美國通用電氣公司的壓縮機(jī)，機(jī)組體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分別由低壓、中壓、高壓3缸五段串聯(lián)組成，具有壓比高、流量大等特點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)機(jī)的額定功率達(dá)到60.28 MW，是目前中國功率最大的裂解氣壓縮機(jī)組之一，在整個(gè)乙烯裝置起著關(guān)鍵作用；該壓縮機(jī)將急冷水塔送來的0.031 MPa，40 ℃裂解氣，經(jīng)五段壓縮后，將壓力提高到4.026 MPa，為深冷分離提供條件。壓縮機(jī)控制流程主要包括： 供油系統(tǒng)、干氣密封系統(tǒng)、盤車裝置及壓縮機(jī)組啟?？刂啤?/p>

1 壓縮機(jī)組供油系統(tǒng)

壓縮機(jī)供油系統(tǒng)主要為機(jī)組控制提供潤滑冷卻，降低轉(zhuǎn)子間的接觸概率以減小摩擦，供油系統(tǒng)是機(jī)組控制的先決條件，為機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行提供保障。

1.1 供油系統(tǒng)流程

壓縮機(jī)組和透平共用一套強(qiáng)制供油系統(tǒng)，分為兩路： 潤滑油系統(tǒng)、調(diào)速油系統(tǒng)。

油箱中的潤滑油經(jīng)泵升壓到1.0 MPa，經(jīng)油冷卻器冷卻后，由油溫控制器控制油溫。經(jīng)過濾器后分為三路，第一路經(jīng)自力式控制閥將潤滑油壓力控制在0.25 MPa后，再分為兩股，一股去裂解氣壓縮機(jī)及壓縮機(jī)透平的各潤滑油注入點(diǎn)去潤滑、冷卻軸承及軸瓦，另一股去潤滑油高位油箱；第二路作為調(diào)速油進(jìn)入裂解氣壓縮機(jī)透平的調(diào)速系統(tǒng)，然后直接回到潤滑油回油總管；第三路去潤滑油蓄壓器。最后，65～85 ℃潤滑油從各支路匯總到潤滑油總管，在重力作用下流回油箱。

另外在透平和壓縮機(jī)之間潤滑油總管上設(shè)置了1臺截止閥，正常運(yùn)行時(shí)處于鎖開狀態(tài)。在透平單試時(shí)該截止閥關(guān)閉。

1.2 潤滑油泵啟停控制

輔油泵正常情況下在“AUTO”備用狀態(tài)，當(dāng)潤滑油泵出口壓力低于0.65 MPa，或者潤滑油總管壓力低于0.16 MPa，輔油泵自啟動(dòng)，保證潤滑油、調(diào)速油的正常壓力。在壓縮機(jī)停車及潤滑油泵不能運(yùn)行時(shí)，為保證機(jī)組安全，緊急事故油泵自啟動(dòng)運(yùn)行，以維持透平的潤滑油供油，保證透平能夠正常盤車降溫。潤滑油泵允許啟動(dòng)有三個(gè)條件[1]： 隔離氣壓力不低于0.5 MPa；潤滑油溫不低于25 ℃；潤滑油箱液位不低于量程的40%。

2 干氣密封系統(tǒng)

干氣密封系統(tǒng)是一種開槽密封系統(tǒng)，主要用于軸端密封以防止裂解氣泄漏，屬于非接觸式密封。主要包括： 低壓缸干氣密封、中壓缸干氣密封及高壓缸干氣密封。

2.1 低壓缸干氣密封系統(tǒng)

低壓缸干氣密封主密封氣來源有三種： 外部高壓乙烯、外部高壓氮?dú)?、壓縮機(jī)出口工藝氣。開工時(shí)由于出口壓力不穩(wěn)定，使用外部高壓乙烯或外部高壓氮?dú)?，正常情況下使用壓縮機(jī)出口工藝氣。主密封氣經(jīng)過過濾器后再經(jīng)差壓控制閥進(jìn)入壓縮機(jī)兩端的干氣密封一級密封腔中，大部分主密封氣通過梳齒密封進(jìn)入壓縮機(jī)機(jī)體，有少量通過一級密封的動(dòng)靜環(huán)之間的空隙進(jìn)入主密封氣泄漏至火炬系統(tǒng)，在壓縮機(jī)兩端的主密封氣通過管道泄漏至火炬，該管線上各設(shè)有3臺差壓變送器用于監(jiān)控主密封氣泄漏至火炬的量，且每臺差壓變送器均設(shè)有差壓高報(bào)警和高高聯(lián)鎖停裂解氣壓縮機(jī)報(bào)警。

干氣密封二次密封氣和隔離氣采用0.6 MPa的低壓氮?dú)?，低壓氮?dú)饨?jīng)過濾后，再經(jīng)自力式控制閥控制壓力在0.4 MPa后分為兩路，一路作為二級密封氣再分為三路分別進(jìn)入低壓缸、中壓缸、高壓缸的干氣密封的二級密封腔中。其中大部分通過梳齒密封進(jìn)入主密封氣泄漏至火炬系統(tǒng)，少部分二級密封氣通過二級密封的動(dòng)靜環(huán)之間的空隙進(jìn)入二級密封氣泄漏至大氣；另一路作為隔離氣分為三路進(jìn)入壓縮機(jī)低壓缸、中壓缸、高壓缸兩端的軸承與干氣密封之間的腔體中，部分隔離氣通過梳齒密封進(jìn)入二級密封氣泄漏至大氣，部分隔離氣通過梳齒密封進(jìn)入軸承箱中，通過呼吸閥排至大氣。

在低壓氮?dú)舛蚊芊鈿饪偣苌显O(shè)有安全閥，設(shè)定壓力0.6 MPa，保護(hù)二次密封氣不超壓。兩路外部密封氣與自身工藝氣之間設(shè)有自動(dòng)切換閥，在壓縮機(jī)運(yùn)行正常后可以將外部密封氣自動(dòng)切換到自身工藝氣[2]。

2.2 中高壓缸干氣密封系統(tǒng)

中高壓缸干氣密封系統(tǒng)流程同低壓缸基本一致，本文不再陳述。干氣密封系統(tǒng)的控制主要集中于密封盤上，每個(gè)缸都對應(yīng)1個(gè)干氣密封盤。

3 盤車裝置

盤車裝置是讓壓縮機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，盤車裝置目的是在運(yùn)轉(zhuǎn)前檢查壓縮機(jī)裝配質(zhì)量，以保證機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)，分為壓縮機(jī)啟動(dòng)前盤車和壓縮機(jī)停止后盤車，壓縮機(jī)停止后盤車主要是防止長軸在油溫作用下受熱不均而彎曲。

3.1 盤車裝置說明

裂解氣壓縮機(jī)盤車裝置主要由GM220A/B 2臺電機(jī)組成，其中GM220A采用變頻啟動(dòng)，額定轉(zhuǎn)速180 r/min，GM220B采用軟啟動(dòng)控制，額定轉(zhuǎn)速8 r/min，盤車投用前需確認(rèn)機(jī)組潤滑油系統(tǒng)正常，盤車啟動(dòng)有2個(gè)條件，潤滑油總管壓力不低于0.12 MPa以及透平轉(zhuǎn)速信號為0。

3.2 盤車電機(jī)啟?？刂?/h3>

在汽輪機(jī)就地儀表起停盤上有盤車自動(dòng)/手動(dòng)按鈕，盤車電機(jī)可以就地啟動(dòng)，也可以在中心控制室遠(yuǎn)程啟動(dòng)。盤車電機(jī)控制邏輯如圖1所示[3]。

3.3 盤車啟動(dòng)時(shí)遇到的問題

在汽輪機(jī)單試時(shí)，盤車啟動(dòng)非常順利，大小電機(jī)啟動(dòng)都很正常。但是當(dāng)汽輪機(jī)帶動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，先是GM220B無法盤動(dòng)大軸，經(jīng)過調(diào)整啟動(dòng)方式后GM220B能夠盤動(dòng)大軸，GM220A啟動(dòng)之后未達(dá)到額定轉(zhuǎn)速就停止轉(zhuǎn)動(dòng)。研究后發(fā)現(xiàn)： GM220B啟動(dòng)方式是電機(jī)軟啟動(dòng)，當(dāng)首次啟動(dòng)負(fù)載過大時(shí)，一般選擇脈沖沖擊啟動(dòng)方式，在啟動(dòng)開始階段，讓晶閘管在極短時(shí)間內(nèi)使大電流導(dǎo)通一段時(shí)間后回落，再按原設(shè)定值線性上升，進(jìn)入恒流啟動(dòng)方式。該啟動(dòng)方式在一般負(fù)載中較少應(yīng)用，適用于重載并需克服較大靜摩擦的啟動(dòng)場合[4]。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，首次啟動(dòng)主軸并且主軸較長時(shí)，適用該啟動(dòng)方式。GM220A達(dá)不到額定轉(zhuǎn)速的情況下，第一次啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速達(dá)到150 r/min后電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，第二次啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速達(dá)到160 r/min電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過4次啟動(dòng)后GM220A就可以達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。

圖1 盤車電機(jī)控制邏輯示意

4 壓縮機(jī)的啟停

壓縮機(jī)啟動(dòng)前，供油系統(tǒng)正常投入運(yùn)行，盤車裝置在啟動(dòng)之前需要停止，中控室內(nèi)確認(rèn)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為零并確認(rèn)大軸完全停止。壓縮機(jī)的啟動(dòng)主要分為四個(gè)部分，壓縮機(jī)的開車模式、機(jī)組沖轉(zhuǎn)及低速暖機(jī)、機(jī)組啟動(dòng)及壓縮機(jī)停車。

4.1 壓縮機(jī)的開車模式

壓縮機(jī)的開車模式分為熱態(tài)和冷態(tài)兩種模式，其區(qū)別主要體現(xiàn)在暖機(jī)時(shí)間和升速速率上。壓縮機(jī)控制系統(tǒng)(CCS)根據(jù)汽輪機(jī)輪室溫度來自動(dòng)確定開車模式，并按照預(yù)設(shè)的暖機(jī)時(shí)間和升速速率升速暖機(jī)。輪室溫度和390 ℃比較，高于390 ℃選擇熱態(tài)模式，低于390 ℃選擇冷態(tài)模式。壓縮機(jī)升速曲線如圖2所示。

a) 熱態(tài)升速曲線

b) 冷態(tài)升速曲線圖2 壓縮機(jī)升速曲線

4.2 機(jī)組沖轉(zhuǎn)及低速暖機(jī)

機(jī)組沖轉(zhuǎn)及低速暖機(jī)流程如下：

1) 確認(rèn)機(jī)組輔助系統(tǒng)運(yùn)行正常。

2) 確認(rèn)盤車停止，啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)在現(xiàn)場確認(rèn)大軸已完全停止。

3) 確認(rèn)機(jī)組跳車聯(lián)鎖未被觸發(fā)。

4) 確認(rèn)所有啟動(dòng)條件均滿足。

5) 確定停機(jī)電磁閥的上游閥處于打開狀態(tài)。

6) 確認(rèn)電液轉(zhuǎn)換盤上手動(dòng)停車閥處于停車閥需要狀態(tài)。

7) 在CCS HMI確認(rèn)主調(diào)節(jié)汽閥以及抽汽調(diào)節(jié)閥均處于自動(dòng)狀態(tài)。

4.3 機(jī)組啟動(dòng)

現(xiàn)場確認(rèn)準(zhǔn)備啟動(dòng)指示燈亮?？刂剖覂?nèi)確認(rèn)準(zhǔn)備啟動(dòng)指示燈亮，通過CCS HMI的“自動(dòng)/手動(dòng)”選擇開關(guān)選擇自動(dòng)開車程序。

按透平啟動(dòng)按鈕。透平將按照預(yù)設(shè)的冷態(tài)升速暖機(jī)曲線升速，升速至800 r/min后程序自動(dòng)停止升速，進(jìn)行150 min的低速暖機(jī)。

當(dāng)暖機(jī)時(shí)間達(dá)到時(shí)，轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)自動(dòng)向下一轉(zhuǎn)速設(shè)定點(diǎn)升速，即最小操作轉(zhuǎn)速3 782 r/min。在升速過程中可通過Halt暫停按鈕停止升速，通過Continue按鈕繼續(xù)升速，但在臨界轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)Halt命令將不起作用。

在2 350～3 150 r/min的1階臨界轉(zhuǎn)速區(qū)將以10 r/min的升速速率快速通過，在該過程中仔細(xì)地觀察透平的振動(dòng)。

升速到最小操作轉(zhuǎn)速3 782 r/min時(shí)，工藝和防喘振控制器被自動(dòng)激活。逐漸降低CCS HMI中工藝控制趨勢畫面入口壓力設(shè)定值至0.026 MPa，機(jī)組將在過程控制器和防喘振控制器共同作用下，自動(dòng)升速至需要的操作點(diǎn)。

4.4 壓縮機(jī)的停車

在CCS HMI按停止按鈕。透平將按照預(yù)設(shè)的速率降速，降速至最小操作轉(zhuǎn)速3 782 r/min后，確認(rèn)各缸一次密封氣入口電磁閥開。關(guān)閉干氣密封主氣源1臺總管切斷閥和去各缸的3臺支管切斷閥。降速至暖機(jī)轉(zhuǎn)速800 r/min后，透平入口速關(guān)閥自動(dòng)關(guān)閉，機(jī)組停車。

現(xiàn)場確認(rèn)主調(diào)節(jié)汽閥、抽汽調(diào)節(jié)汽閥和抽汽單向閥完全關(guān)閉。確認(rèn)機(jī)組已安全停止運(yùn)轉(zhuǎn)，投用盤車。保持盤車和潤滑油供應(yīng)至少在11 h以上，當(dāng)透平殼體溫度低于60 ℃，停止盤車電機(jī)，確認(rèn)盤車停止報(bào)警燈亮。將潤滑油泵切入手動(dòng)，停止?jié)櫥捅眠\(yùn)行。

5 結(jié)束語

通過對乙烯裂解氣壓縮機(jī)流程的闡述，結(jié)合控制邏輯圖說明了裂解氣壓縮機(jī)試車的整個(gè)過程，并對壓縮機(jī)試車過程中遇到的盤車問題給出了解決方案，為后續(xù)乙烯裝置同類機(jī)組施工調(diào)試提供了重要的參考。