乙烯裂解氣壓縮機(jī)停機(jī)原因分析及改進(jìn)對(duì)策

劉宗林

(福建聯(lián)合石油化工有限公司，福建 泉州，362800)

某石化公司乙烯裝置采用蒸汽裂解法生產(chǎn)乙烯、丙烯產(chǎn)品，作為下游聚乙烯裝置、聚丙烯裝置及環(huán)氧乙烷/乙二醇(EO/EG)裝置的原料[1]。乙烯裝置的非計(jì)劃停車將直接影響到下游裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。2020年4月23日，該公司乙烯裂解壓縮機(jī)突然停機(jī)，造成裝置停工，通過對(duì)事件調(diào)查，確定機(jī)組停機(jī)的根本原因并制定相應(yīng)防范措施，以確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

1 事件調(diào)查

1.1 事件記錄

根據(jù)案例事件順序記錄(SOE)信息分析，速關(guān)閥(T&T閥)首先出現(xiàn)關(guān)閉，0.4 s后出現(xiàn)T&T閥控制油壓力低低控制聯(lián)鎖信號(hào)，無其他聯(lián)鎖信號(hào)觸發(fā)。

1.2 T&T閥相關(guān)流程

T&T閥受控制油壓力控制，油壓低低聯(lián)鎖值為0.93 MPa，聯(lián)鎖時(shí)T&T閥泄壓關(guān)閉。無其他相關(guān)控制信號(hào)，該閥在開車之初由現(xiàn)場手輪搖開。T&T閥相關(guān)控制流程，如圖1所示。

圖1 T&T閥相關(guān)控制流程示意

2 事件檢查

2.1 SOE分析

根據(jù)T&T閥信號(hào)聯(lián)鎖，SOE分析檢查跳車電磁閥情況如下：

1)裂解氣壓縮機(jī)跳車電磁閥由2組4臺(tái)電磁閥組成，每組分別有2路220 V UPS供電。

2)現(xiàn)場檢查4臺(tái)跳車電磁閥接線正常、無松動(dòng)。對(duì)涉及到電磁閥的接線箱及相關(guān)連接線情況同時(shí)檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。

3)通過收集日常巡檢記錄，跳車電磁閥一直處于關(guān)閉狀態(tài)，特別是后路XY106A和XY107B電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，但同一油路上2臺(tái)電磁閥中間短管就地壓力表PG108B和PG109B顯示為零，經(jīng)與機(jī)組廠家溝通，該短管油壓顯示是為了監(jiān)控第一道電磁閥是否泄漏，因此油壓為零是正常現(xiàn)象。

2.2 控制油壓力檢查

檢查3臺(tái)控制油壓力變送器PT115A/B/C無報(bào)警信息，阻尼時(shí)間為0.4 s，變送器測量正常。

在檢查過程中發(fā)現(xiàn)，T&T閥控制油壓與調(diào)速閥控制油壓為同一管路供給，檢查停機(jī)前后調(diào)速閥控制油壓力為1.616 MPa和1.597 MPa，T&T閥控制油壓力為1.592 MPa和1.309 MPa。由此說明，T&T閥關(guān)閉后，控制油總管壓降達(dá)0.283 MPa左右。

2.3 機(jī)柜內(nèi)情況檢查

對(duì)壓縮機(jī)機(jī)組機(jī)柜檢查，發(fā)現(xiàn)該機(jī)組控制柜內(nèi)空開CB212處于跳閘狀態(tài)，該空開控制PSU104穩(wěn)壓電源模塊。

進(jìn)一步檢查，該機(jī)柜內(nèi)4路電源均處于失電狀態(tài)，PSU102和PSU104穩(wěn)壓電源模塊、跳車電磁閥B組電源以及扭矩變送器電源由同一級(jí)輸入電源控制，4路電源均由同一隔離開關(guān)ISL202控制，對(duì)ISL202的上一級(jí)供電電源柜檢查，發(fā)現(xiàn)電源柜內(nèi)空開2ACB6也是處于跳閘狀態(tài)。因此，判斷PSU104穩(wěn)壓電源模塊可能存在短路問題，造成兩級(jí)空開跳閘。

檢查PSU104穩(wěn)壓電源模塊，內(nèi)部干凈清潔無異物，但絕緣板被擊穿燒糊一個(gè)角，判斷故障位置是穩(wěn)壓電源模塊內(nèi)部電路的一個(gè)高功率的調(diào)整開關(guān)放大管被擊穿，使其接地端帶電短路，然后再對(duì)接地的散熱片放電。因存在兩級(jí)跳閘，所以可以排除穩(wěn)壓電源過載的原因。

回顧電源模塊檢修記錄，該電源模塊在2018年大修期間進(jìn)行了更換。結(jié)合機(jī)組停機(jī)事件記錄，扭矩變送器在停機(jī)時(shí)出現(xiàn)失電報(bào)警，因此，造成機(jī)組跳車電磁閥失電的原因是機(jī)柜內(nèi)PSU104穩(wěn)壓電源模塊出現(xiàn)短路，造成穩(wěn)壓電源模塊空開及上一級(jí)空開跳閘，因跳車電磁閥與穩(wěn)壓電源模塊由同一電源控制，因此造成跳車電磁閥失電。

在核對(duì)配電回路空開配置時(shí)，發(fā)現(xiàn)電源柜空開額定電流為16 A，低于HG/T 20509—2014《儀表供電設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)要求[2]。

2.4 停機(jī)期間測試情況

在裂解氣壓縮機(jī)停機(jī)期間對(duì)于電磁閥及T&T閥檢查測試如下：

1)跳車電磁閥內(nèi)漏情況測試。跳車電磁閥測試流程如圖2所示。

圖2 跳車電磁閥流程示意

a)將XY106B和XY107A電磁閥關(guān)閉，打開后路電磁閥XY106A和XY107B及手閥1和2觀察PG108A和PG109A，未發(fā)現(xiàn)明顯泄漏。

b)將XY106B和XY107A電磁閥打開，關(guān)閉后路XY106A和XY107B電磁閥，并打開手閥1和2觀察PG108B和PG109B，未發(fā)現(xiàn)明顯泄漏。

c)在2路電磁閥中間短管油壓PG108B和PG109B為零時(shí)，關(guān)閉4臺(tái)電磁閥，將手閥1和2打開，先后測試B組電磁閥XY107B和XY106B供電失電和A組電磁閥XY107A和XY106A供電失電，觀察中間短管油壓充壓后情況，未發(fā)現(xiàn)明顯泄漏。

2)T&T閥關(guān)閉時(shí)，2路跳車電磁閥中間短管均無壓力情況下，分別測試A，B兩組供電失電時(shí)油壓的波動(dòng)情況。測試過程中油壓均出現(xiàn)波動(dòng)，B組電磁閥失電時(shí)，PT115C壓力瞬間降低0.328 MPa；A組電磁閥失電時(shí)，PT115C壓力瞬間降低0.217 MPa，但都未達(dá)到聯(lián)鎖值。

3)在T&T閥打開至透平轉(zhuǎn)速500 r/min左右時(shí)，測試B組跳車電磁閥失電對(duì)控制油油壓的影響。測試過程中油壓出現(xiàn)波動(dòng)，但都未達(dá)到聯(lián)鎖值。

4)在測試過程中，當(dāng)某次B組電磁閥失電時(shí)，對(duì)就地壓力表連續(xù)視頻監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)在電磁閥失電瞬間，就地壓力表PG108A和PG109A瞬間油壓分別降低至0.6 MPa，0.55 MPa左右，在0.16 s內(nèi)油壓恢復(fù)。

基于上述現(xiàn)場測試，跳車電磁閥在短時(shí)間內(nèi)沒有存在明顯泄漏，但在同一油路上2臺(tái)電磁閥間油壓為零的情況下，任何一組跳車電磁閥失電均會(huì)造成T&T閥控制油油壓波動(dòng)，因此，判斷兩電磁閥中間油路間距過長會(huì)造成其中一組跳車電磁閥失電時(shí)油壓出現(xiàn)波動(dòng)。同時(shí)，結(jié)合控制油壓力變送器阻尼時(shí)間，判斷，多次測試未出現(xiàn)聯(lián)鎖信號(hào)原因?yàn)樽兯推髯枘釙r(shí)間大于控制油壓瞬間波動(dòng)時(shí)間，使得變送器未能第一時(shí)間輸出波動(dòng)信號(hào)，因此未出現(xiàn)測試過程聯(lián)鎖信號(hào)。

由此驗(yàn)證事件記錄，T&T閥先因油壓下降關(guān)閉，同時(shí)T&T閥全開到位信號(hào)丟失，在T&T閥關(guān)閉后又因油壓下降出現(xiàn)了控制油壓低低聯(lián)鎖信號(hào)。

2.5 跳車電磁閥失電時(shí)油壓波動(dòng)分析

現(xiàn)場跳車電磁閥選用的是角閥，采用“步步高”方式安裝，潤滑油回油箱總管安裝基本與最高位的電磁閥在同一水平，由此判斷，無論何時(shí)同一油路上2臺(tái)電磁閥中間短管內(nèi)始終會(huì)存在控制油，不應(yīng)出現(xiàn)空管部分。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，安裝在同一油路上2臺(tái)電磁閥中間短管處的就地壓力表PG108B和PG109B有較長的一段引壓管，且壓力表安裝位置遠(yuǎn)高于回油箱總管。基于該現(xiàn)場情況分析，因壓力表安裝位置高于回油箱總管，所以存在積氣且因安裝位置導(dǎo)致壓力表引壓管內(nèi)的氣體將無法排除，使得在中間短管壓力為零的情況下，就地壓力表至引壓管一次閥部分始終會(huì)存在空管，進(jìn)而導(dǎo)致電磁閥失電時(shí)，就地壓力表引壓管出現(xiàn)充管過程，導(dǎo)致總管油壓出現(xiàn)波動(dòng)。

失電過程分析，XY106B電磁閥失電，PG108B的引壓管進(jìn)行充管，空管部分約3.95 m，引壓管為φ12 mm×1.5 mm，經(jīng)計(jì)算，空管容積可達(dá)0.251 L。結(jié)合T&T閥控制油用量4.2 m3/h分析，1.167 L/s，在電磁閥失電過程中，引壓管充管量占到T&T閥控制油用量的21.5%。

綜合分析上述測試情況，在B組電磁閥失電過程，PG108B的引壓管在0.16 s內(nèi)充管0.251 L，使得T&T閥控制油用量瞬間降低，最終造成T&T閥關(guān)閉。若出現(xiàn)A組電磁閥失電，XY107A電磁閥失電，PG109B的引壓管進(jìn)行充管，空管部分約3.45 m，引壓管為φ12 mm×1.5 mm，經(jīng)計(jì)算，空管容積可達(dá)0.219 L。由此也可以驗(yàn)證，在測試過程中為什么B組電磁閥失電時(shí)PT115A/B/C油壓瞬間降低會(huì)比A組電磁閥失電時(shí)高一些。

3 原因分析

根據(jù)檢查、測試等情況分析事件原因，如下：

1)T&T閥全開到位信號(hào)消失分析。從事件記錄信息分析，T&T閥全開到位信號(hào)消失后0.2 s收到全關(guān)到位信號(hào)，因此說明閥門實(shí)際關(guān)閉，開到位信號(hào)消失實(shí)際為T&T閥關(guān)閉造成的。

2)跳車電磁閥失電原因分析。因機(jī)柜內(nèi)PSU104穩(wěn)壓電源模塊短路造成了上級(jí)CB212及上一級(jí)2ACB6跳閘，造成同級(jí)供電電源給跳車電磁閥的B組電源失電。基于設(shè)計(jì)規(guī)范，穩(wěn)壓電源模塊配電回路與上級(jí)電源回路開關(guān)容量配置不合理。

3)T&T閥關(guān)閉分析。B組跳車電磁閥XY106B和XY107B打開瞬間造成PG108B就地壓力表引壓管部分出現(xiàn)充壓過程，使得T&T閥控制油壓瞬間降低，導(dǎo)致T&T閥關(guān)閉。

4)T&T閥關(guān)閉后控制油總管壓力觸發(fā)聯(lián)鎖信號(hào)分析。因B組跳車電磁閥動(dòng)作打開，因變送器阻尼未能及時(shí)收集到壓降，而通過測試可知，電磁閥打開對(duì)中間短管充壓過程最大壓降達(dá)到0.328 MPa，查事件記錄T&T閥關(guān)閥時(shí)間為0.2 s，因此關(guān)閥后將出現(xiàn)0.283 MPa壓力降，因而在該過程中控制油總管壓力降約為0.611 MPa，基本接近聯(lián)鎖值。因此，出現(xiàn)控制油總管壓力低低聯(lián)鎖觸發(fā)。

4 改進(jìn)措施

對(duì)于裂解氣壓縮機(jī)跳車電磁閥失電、油壓波動(dòng)等情況，改進(jìn)措施如下：

1)對(duì)故障的電源模塊進(jìn)行更換。

2)對(duì)現(xiàn)有壓力表PG108B和PG109B，盡最大可能縮短引壓管長度。同時(shí)，與機(jī)組制造商溝通，評(píng)估同一油路上的2臺(tái)電磁閥中間就地壓力表引壓管測量方式的影響并確認(rèn)改為法蘭式測量的可行性。

3)改進(jìn)跳車電磁閥供電電源，由電源柜直接供電，不與機(jī)柜內(nèi)其他現(xiàn)場儀表共用電源。

4)對(duì)同類機(jī)組控制油路系統(tǒng)存在的類似問題進(jìn)行排查并制定整改計(jì)劃。

5)對(duì)電源配置開展普查，對(duì)多級(jí)配電系統(tǒng)供電電源配置不滿足規(guī)范要求的制定改進(jìn)計(jì)劃。

5 結(jié)束語

通過對(duì)穩(wěn)壓電源模塊、機(jī)柜間檢查、停機(jī)測試及油壓波動(dòng)分析，找出裂解氣壓縮機(jī)停機(jī)原因，并提出防范措施以避免類似事件再次發(fā)生，確保機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行，為乙烯裝置的“安、穩(wěn)、長、優(yōu)”運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。