裂解氣壓縮機組的控制

呂攀

(中石化第十建設有限公司 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采用美國通用電氣公司的壓縮機，機組體積大、結構復雜，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，驅動機的額定功率達到60.28 MW，是目前中國功率最大的裂解氣壓縮機組之一，在整個乙烯裝置起著關鍵作用；該壓縮機將急冷水塔送來的0.031 MPa，40 ℃裂解氣，經五段壓縮后，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)、盤車裝置及壓縮機組啟停控制。

1 壓縮機組供油系統(tǒng)

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

1.1 供油系統(tǒng)流程

壓縮機組和透平共用一套強制供油系統(tǒng)，分為兩路： 潤滑油系統(tǒng)、調速油系統(tǒng)。

油箱中的潤滑油經泵升壓到1.0 MPa，經油冷卻器冷卻后，由油溫控制器控制油溫。經過濾器后分為三路，第一路經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及壓縮機透平的各潤滑油注入點去潤滑、冷卻軸承及軸瓦，另一股去潤滑油高位油箱；第二路作為調速油進入裂解氣壓縮機透平的調速系統(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之間潤滑油總管上設置了1臺截止閥，正常運行時處于鎖開狀態(tài)。在透平單試時該截止閥關閉。

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，保證潤滑油、調速油的正常壓力。在壓縮機停車及潤滑油泵不能運行時，為保證機組安全，緊急事故油泵自啟動運行，以維持透平的潤滑油供油，保證透平能夠正常盤車降溫。潤滑油泵允許啟動有三個條件[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、外部高壓氮氣、壓縮機出口工藝氣。開工時由于出口壓力不穩(wěn)定，使用外部高壓乙烯或外部高壓氮氣，正常情況下使用壓縮機出口工藝氣。主密封氣經過過濾器后再經差壓控制閥進入壓縮機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入壓縮機機體，有少量通過一級密封的動靜環(huán)之間的空隙進入主密封氣泄漏至火炬系統(tǒng)，在壓縮機兩端的主密封氣通過管道泄漏至火炬，該管線上各設有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有差壓高報警和高高聯(lián)鎖停裂解氣壓縮機報警。

干氣密封二次密封氣和隔離氣采用0.6 MPa的低壓氮氣，低壓氮氣經過濾后，再經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靜環(huán)之間的空隙進入二級密封氣泄漏至大氣；另一路作為隔離氣分為三路進入壓縮機低壓缸、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入二級密封氣泄漏至大氣，部分隔離氣通過梳齒密封進入軸承箱中，通過呼吸閥排至大氣。

在低壓氮氣二次密封氣總管上設有安全閥，設定壓力0.6 MPa，保護二次密封氣不超壓。兩路外部密封氣與自身工藝氣之間設有自動切換閥，在壓縮機運行正常后可以將外部密封氣自動切換到自身工藝氣[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，每個缸都對應1個干氣密封盤。

3 盤車裝置

盤車裝置是讓壓縮機低速運轉的機構，盤車裝置目的是在運轉前檢查壓縮機裝配質量，以保證機組正常運轉，分為壓縮機啟動前盤車和壓縮機停止后盤車，壓縮機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

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

3.2 盤車電機啟停控制

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

3.3 盤車啟動時遇到的問題

在汽輪機單試時，盤車啟動非常順利，大小電機啟動都很正常。但是當汽輪機帶動壓縮機運轉出現(xiàn)故障時，先是GM220B無法盤動大軸，經過調整啟動方式后GM220B能夠盤動大軸，GM220A啟動之后未達到額定轉速就停止轉動。研究后發(fā)現(xiàn)： GM220B啟動方式是電機軟啟動，當首次啟動負載過大時，一般選擇脈沖沖擊啟動方式，在啟動開始階段，讓晶閘管在極短時間內使大電流導通一段時間后回落，再按原設定值線性上升，進入恒流啟動方式。該啟動方式在一般負載中較少應用，適用于重載并需克服較大靜摩擦的啟動場合[4]。結合現(xiàn)場實際情況，首次啟動主軸并且主軸較長時，適用該啟動方式。GM220A達不到額定轉速的情況下，第一次啟動時轉速達到150 r/min后電機停止轉動，第二次啟動時轉速達到160 r/min電機停止轉動，經過4次啟動后GM220A就可以達到額定轉速。

圖1 盤車電機控制邏輯示意

4 壓縮機的啟停

壓縮機啟動前，供油系統(tǒng)正常投入運行，盤車裝置在啟動之前需要停止，中控室內確認壓縮機轉速為零并確認大軸完全停止。壓縮機的啟動主要分為四個部分，壓縮機的開車模式、機組沖轉及低速暖機、機組啟動及壓縮機停車。

4.1 壓縮機的開車模式

壓縮機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)在暖機時間和升速速率上。壓縮機控制系統(tǒng)(CCS)根據汽輪機輪室溫度來自動確定開車模式，并按照預設的暖機時間和升速速率升速暖機。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 壓縮機升速曲線

4.2 機組沖轉及低速暖機

機組沖轉及低速暖機流程如下：

1) 確認機組輔助系統(tǒng)運行正常。

2) 確認盤車停止，啟動時，應在現(xiàn)場確認大軸已完全停止。

3) 確認機組跳車聯(lián)鎖未被觸發(fā)。

4) 確認所有啟動條件均滿足。

5) 確定停機電磁閥的上游閥處于打開狀態(tài)。

6) 確認電液轉換盤上手動停車閥處于停車閥需要狀態(tài)。

7) 在CCS HMI確認主調節(jié)汽閥以及抽汽調節(jié)閥均處于自動狀態(tài)。

4.3 機組啟動

現(xiàn)場確認準備啟動指示燈亮。控制室內確認準備啟動指示燈亮，通過CCS HMI的“自動/手動”選擇開關選擇自動開車程序。

按透平啟動按鈕。透平將按照預設的冷態(tài)升速暖機曲線升速，升速至800 r/min后程序自動停止升速，進行150 min的低速暖機。

當暖機時間達到時，轉速控制系統(tǒng)自動向下一轉速設定點升速，即最小操作轉速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，但在臨界轉速范圍內Halt命令將不起作用。

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

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

4.4 壓縮機的停車

在CCS HMI按停止按鈕。透平將按照預設的速率降速，降速至最小操作轉速3 782 r/min后，確認各缸一次密封氣入口電磁閥開。關閉干氣密封主氣源1臺總管切斷閥和去各缸的3臺支管切斷閥。降速至暖機轉速800 r/min后，透平入口速關閥自動關閉，機組停車。

現(xiàn)場確認主調節(jié)汽閥、抽汽調節(jié)汽閥和抽汽單向閥完全關閉。確認機組已安全停止運轉，投用盤車。保持盤車和潤滑油供應至少在11 h以上，當透平殼體溫度低于60 ℃，停止盤車電機，確認盤車停止報警燈亮。將潤滑油泵切入手動，停止?jié)櫥捅眠\行。

5 結束語

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