苯酐裝置鼓風(fēng)機(jī)組防晃電改造

史文匯(寧波市鎮(zhèn)海泰達(dá)化工有限公司，浙江 寧波 315207)

1 研究目的、意義和必要性

某苯酐裝置是以鄰二甲苯和空氣為原料，采用巴斯夫催化劑，生產(chǎn)負(fù)荷達(dá)到95 g/Nm3空氣，正常生產(chǎn)過(guò)程中需要提供87 000～88 000 Nm3/h空氣經(jīng)過(guò)濾后，由空氣鼓風(fēng)機(jī)壓縮至50 kPa進(jìn)入主反應(yīng)器，空氣鼓風(fēng)機(jī)用蒸汽透平機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)組功率2 500 kW，該設(shè)備屬于本裝置關(guān)鍵設(shè)備，其穩(wěn)定運(yùn)行是裝置平穩(wěn)的基礎(chǔ)，然而本裝置上級(jí)電網(wǎng)由于其他用電客戶設(shè)備可靠性不足導(dǎo)致電網(wǎng)晃電頻發(fā)，2016年有3次晃電，2017年有8次晃電，造成透平機(jī)組聯(lián)鎖停車，造成裝置緊急停工，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

通過(guò)多次晃電停工分析，如果大機(jī)組鼓風(fēng)機(jī)不跳車，裝置還可以在晃電后及時(shí)投料避免全面停工。

2 鼓風(fēng)機(jī)機(jī)組晃電跳車原因

2.1 油泵自啟動(dòng)備泵

油泵自啟動(dòng)當(dāng)潤(rùn)滑油油壓PIA351低于0.2 MPa或控制油壓力PAS005低于0.6 MPa，備用泵將會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟。電氣還有一路自啟動(dòng)，主泵接觸器脫開(kāi)，備泵自啟動(dòng)。

2.2 油站聯(lián)鎖設(shè)置

控制油壓力開(kāi)關(guān)PAS009低于0.15 MPa時(shí)機(jī)組聯(lián)鎖跳車，潤(rùn)滑油有三個(gè)壓力開(kāi)關(guān)PAS325ABC，三取二低于0.1 MPa時(shí)機(jī)組聯(lián)鎖跳車。

由于上級(jí)電網(wǎng)不穩(wěn)定和夏季雷雨天氣影響造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)，晃電現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，備用油泵在自啟動(dòng)時(shí)不能在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)油壓，導(dǎo)致潤(rùn)滑油或控制油壓低于停機(jī)值觸發(fā)聯(lián)鎖停車事故，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失，通過(guò)多次分析發(fā)現(xiàn)油壓低備泵聯(lián)鎖自啟動(dòng)和電氣聯(lián)鎖自啟動(dòng)不能夠?qū)C(jī)組油壓穩(wěn)定做出保證，需要增強(qiáng)機(jī)組對(duì)電網(wǎng)晃電的抵御能力，從最大限度上降低因非計(jì)劃而發(fā)生停工事故[1]。

3 改造思路

3.1 油路改造增加油路的蓄能器

如何保證油壓不低于聯(lián)鎖值是我們防晃電主要目標(biāo)。

(1)穩(wěn)定控制油壓力。首先查找流程，主油管去控制油有一個(gè)DN50止回閥，如果此閥故障，會(huì)導(dǎo)致油泵停止期間高壓控制油(0.8 MPa)流回低壓油系統(tǒng)，此時(shí)油系統(tǒng)殘余壓力因潤(rùn)滑油流量大且壓力低導(dǎo)致控制油壓力低于0.15 MPa聯(lián)鎖值，為此確認(rèn)此止回閥關(guān)系到該機(jī)組在抗晃電因素之一，利用停工期間對(duì)此閥進(jìn)行更換，檢查發(fā)現(xiàn)此單向閥關(guān)閉期間存在一定量的泄漏，消除了此隱患增強(qiáng)了大機(jī)組抗晃電能力。

(2)利用蓄能器減緩管路油壓變化。在潤(rùn)滑油管路上沒(méi)有蓄能器，考慮增加低壓蓄能器來(lái)穩(wěn)定低壓潤(rùn)滑油油壓。本文將潤(rùn)滑油低壓蓄能器的計(jì)算來(lái)說(shuō)明選合適的蓄能器的容積。

①系統(tǒng)參數(shù)

提供的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

潤(rùn)滑油牌號(hào)：ISO VG32；

工作油溫：≤45 ℃；

設(shè)計(jì)溫度(氣測(cè)/油測(cè))：100 ℃/100 ℃；

設(shè)計(jì)壓力(氣測(cè)/油測(cè))：1.0 MPa/1.0 MPa；

油泵流量：380 L/min=6.33 L/s；

工作時(shí)油泵最高壓力：0.30 MPa；

切換時(shí)油泵最低壓力：0.10 MPa；

油壓測(cè)點(diǎn)標(biāo)高：0 m；

蓄能器安裝標(biāo)高：0 m；

蓄能器向系統(tǒng)供油時(shí)間：5 s。

②容積計(jì)算

蓄能器作輔助動(dòng)力源的計(jì)算如下：

式中：V0為所需蓄能器的容積(L)；P0為蓄能器預(yù)充氮?dú)鈮毫Γ?.90P1＞P0＞0.25P2，預(yù)充氣： 0.090＞P0＞0.075，取P0=0.08 MPa；ΔV為蓄能器的有效工作容積=6.33 L/s×5 s=31.65 L；P1為系統(tǒng)最低壓力=0.10 MPa；P2為系統(tǒng)最高壓力=0.30 MPa。

計(jì)算結(jié)果：按油泵出口的流量6.33 L/s，經(jīng)計(jì)算，系統(tǒng)在5 s內(nèi)維持系統(tǒng)的蓄能器總?cè)莘e為：68.26 L。

③參數(shù)計(jì)算分析

分析示意圖如圖1所示。

圖1 分析示意圖

④配置方案

按油泵出口的流量6.33 L/s，經(jīng)計(jì)算，系統(tǒng)在5 s內(nèi)維持系統(tǒng)的蓄能器總?cè)莘e為：68.26 L。選用Φ299/40 L蓄能器單臺(tái)排放量為15 L/s，2臺(tái)40 L蓄能器總排放量為30 L/s，可以滿足6.33 L/s的要求，又能滿足系統(tǒng)在5 s內(nèi)需要補(bǔ)充的液體總?cè)萘浚p排式超低壓大排量的不銹鋼蓄能器組件完全能夠滿足要求。裝置利用2018年停工大修期間增加了2×40 L低壓潤(rùn)滑油蓄能器，來(lái)穩(wěn)定晃電期間潤(rùn)滑油油壓避免了因潤(rùn)滑油壓力開(kāi)關(guān)PAS325ABC壓力低觸發(fā)聯(lián)鎖信號(hào)導(dǎo)致機(jī)組聯(lián)鎖停車。

3.2 潤(rùn)滑油泵抗晃電電氣方案

電氣部分的改造思路是使用防晃電交流接觸器替換普通交流接觸器，交流接觸器在低壓電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛，占了相當(dāng)大的比例。由于電磁式交流接觸器的工作原理特點(diǎn)，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)晃電時(shí)，會(huì)造成交流接觸器工作線圈短時(shí)斷電或電壓過(guò)低，導(dǎo)致靠電流維持吸合的動(dòng)、靜鐵芯吸力小于釋放彈簧的彈力，使接觸器釋放產(chǎn)生跳閘停機(jī)的重要原因[2]。

針對(duì)電網(wǎng)欠壓或失壓現(xiàn)象，選用某公司生產(chǎn)永磁式防晃電接觸器和增加時(shí)間繼電器，對(duì)改防晃電接觸器進(jìn)行試驗(yàn)，數(shù)據(jù)為釋放接觸器電壓區(qū)間42～124 V，釋放時(shí)間3 s左右。當(dāng)不低于42 V時(shí)，3 s內(nèi)電壓恢復(fù)正常，設(shè)備可繼續(xù)維持運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.3 增加潤(rùn)滑油壓聯(lián)鎖延時(shí)

通過(guò)汽輪機(jī)聯(lián)鎖邏輯圖上可以看到：控制油壓力開(kāi)關(guān)PAS009低于0.15 MPa時(shí)機(jī)組聯(lián)鎖跳車，潤(rùn)滑油有三個(gè)壓力開(kāi)關(guān)PAS325ABC，三取二低于0.1 MPa時(shí)機(jī)組聯(lián)鎖跳車，經(jīng)過(guò)討論認(rèn)為上面的聯(lián)鎖主要保護(hù)機(jī)組潤(rùn)滑需要，但是從抗晃電來(lái)看躲過(guò)聯(lián)鎖停車不合理，所以在2018年大修期間對(duì)聯(lián)鎖停機(jī)增加2 s延時(shí)。晃電時(shí)備用油泵啟動(dòng)油壓恢復(fù)需要時(shí)間，當(dāng)2 s內(nèi)油壓恢復(fù)到停機(jī)報(bào)警值以上，主風(fēng)機(jī)潤(rùn)滑油壓開(kāi)關(guān)PAS325ABC和控制油壓開(kāi)關(guān)PAS009聯(lián)鎖不啟動(dòng)，機(jī)組能繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行；當(dāng)2 s內(nèi)油壓不能恢復(fù)到停車報(bào)警值以上，機(jī)組油壓繼續(xù)報(bào)警，聯(lián)鎖啟動(dòng)，機(jī)組停車。主風(fēng)機(jī)組潤(rùn)滑油系統(tǒng)設(shè)置有高位油箱，2 s不會(huì)影響機(jī)組軸承潤(rùn)滑和安全運(yùn)行。

4 改造效果

在2018年大修期間技術(shù)改造后，成功避免了多起晃電事故的發(fā)生，大幅降低了苯酐裝置非計(jì)劃停工的事故的可能性。

(1)實(shí)施更換止回閥和增加蓄能器，主風(fēng)機(jī)開(kāi)車前蓄能器延時(shí)試驗(yàn)，控制油油壓從0.8 MPa降至0.3 MPa共需5 s，降至聯(lián)鎖停車值0.15 MPa共需6 s(改造前油壓下降快的原因是止回閥故障，導(dǎo)致高壓控制油到低壓潤(rùn)滑油系統(tǒng))。潤(rùn)滑油從0.3 MPa下降至0.1 MPa聯(lián)鎖共需3 s(改造前潤(rùn)滑油油壓下降至聯(lián)鎖時(shí)則約需1 s)。

(2)自從實(shí)施防晃電永磁交流接觸器和增加時(shí)間繼電器是起到雙重保護(hù)改造及蓄能器方案后，從2018年4月檢修結(jié)束至2018年底共出現(xiàn)晃電3次晃電的沖擊，但主風(fēng)機(jī)油泵仍然保持安全運(yùn)行，機(jī)組的運(yùn)行沒(méi)有受到任何影響，在很大程度上降低了停機(jī)和非計(jì)劃停工的風(fēng)險(xiǎn)。2018年10月17日12時(shí)33分20秒，由于外電網(wǎng)10 kV晃電事故，共導(dǎo)致15臺(tái)高低壓設(shè)備電機(jī)跳停，機(jī)組高低壓油晃電時(shí)沒(méi)有達(dá)到聯(lián)鎖停機(jī)值。由此可見(jiàn)，此時(shí)通過(guò)采用合適防晃電接觸器電氣改造和增加蓄能器，能夠有效避免油泵切換時(shí)油壓瞬間低于聯(lián)鎖值可能會(huì)帶來(lái)的停車風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

某公司苯酐裝置主風(fēng)機(jī)組采取了上述一系列改造措施后，取得了良好的效果。2018年4月大修至2020年底共經(jīng)受14次晃電，潤(rùn)滑油系統(tǒng)全部經(jīng)受考驗(yàn)沒(méi)有因油系統(tǒng)觸發(fā)聯(lián)鎖停鼓風(fēng)機(jī)組造成非計(jì)劃停工，也給工藝創(chuàng)造條件晃電后立即將其他機(jī)泵重啟后立即投料生產(chǎn)，目前該苯酐置連續(xù)運(yùn)行880 d，創(chuàng)了苯酐裝置連續(xù)運(yùn)行時(shí)間國(guó)內(nèi)最高紀(jì)錄，也證明鼓風(fēng)機(jī)組防晃電非常成功。