0 前言    

中國石油塔里木石化分公司年產(chǎn)45×10⁴t合成氨，80×10⁴t尿素項目。合成氨工藝空氣壓縮機選用德國AtlasCopco該公司生產(chǎn)的多軸離心式空氣壓縮機的驅(qū)動設(shè)備是杭州汽車生產(chǎn)的中壓注汽冷凝汽輪機。該項目于2010年5月投入正常生產(chǎn)。2011年12月28日，在設(shè)備駕駛過程中，多軸離心式空氣壓縮機的喘振排氣閥突然完全打開三次，切斷了第二個爐的空氣，導致除一個爐和脫碳裝置以外的所有其他設(shè)備停止。為此，中國石油塔里木石化分公司成立了調(diào)查小組，調(diào)查分析事故，發(fā)現(xiàn)其影響因素，提出解決方案。

1 多軸離心空氣壓縮機簡介

1.1 工藝描述

中國石油塔里木石化分公司多軸離心式空氣壓縮機由中壓注汽冷凝汽輪機驅(qū)動，用于化肥合成氨裝置，為二級爐提供燃燒轉(zhuǎn)換空氣。壓縮機配有增速齒輪箱，中間齒輪箱安裝在增速齒輪箱和汽輪機之間，以降低壓縮機齒輪箱的輸入速度。壓縮機分為兩部分，一部分由四級壓縮組成，另一部分由兩級壓縮組成。水冷卻器分別安裝在各級出口的一部分。正常運行時，空氣通過過過濾器壓縮至1.42MPa（a），然后冷卻到34.5°C，一部分空氣作為儀表空氣和尿素防腐空氣抽出，另一部分進入壓縮機二段，壓縮至3.82MPa（a），進入二段爐。壓縮機狀態(tài)監(jiān)測見圖1。

圖1

1.2 壓縮機控制描述

在運行過程中，壓縮機一、二段入口導葉（IGV）用于控制壓縮機的流量和壓力。例如，當壓縮機的流量和出口壓力增加時，應(yīng)增加導葉開度，否則應(yīng)減少。如果葉輪內(nèi)的流量停滯和喘振，會對壓縮機的機械部件造成很大的應(yīng)力，因此壓縮機的實際流量必須大于最小體積流量。在運行過程中，壓縮機進入最小流量前，在分散控制系統(tǒng)中，自動打開喘振排氣閥。（DCS）防裝防哮喘振動控制系統(tǒng)，控制防哮喘振動排氣閥的啟閉，避免壓縮機哮喘振動。

為了保證壓縮機的穩(wěn)定運行，多軸壓縮機配備了一、二段防哮喘振動排氣閥，由哮喘振動控制器自動控制防哮喘振動排氣閥。穩(wěn)定和不穩(wěn)定運行的邊界被稱為哮喘振動線，這取決于溫度、壓力等多種因素。哮喘振動線有一定的安全余量該安全線稱為排氣線，與哮喘振動線平行。其安全余量為設(shè)計流量的8%，以確保壓縮機的穩(wěn)定和安全運行。見圖2。

圖2 壓縮機喘振控制線

防哮喘振動排氣閥和入口導葉控制壓縮機流量。壓縮機額定流量的30%由導葉調(diào)節(jié)控制，即壓縮機額定流量可通過導葉調(diào)節(jié)從100%減少到70%。如果流量需要進一步減少，則只能通過調(diào)整喘振動排氣閥的開度來實現(xiàn)。當壓縮機流量>70%時，喘振動排氣閥將自動完全關(guān)閉。當喘振動排氣閥關(guān)閉時，導葉將從最小操作位置開始。

壓縮機第二段額定流量的38%由第二段葉片調(diào)節(jié)控制，即額定流量可通過葉片調(diào)節(jié)從100%減少到62%。如果需要進一步減少流量，只能通過調(diào)整第二段葉片放空閥的開度來實現(xiàn)。當壓縮機流量>62%時，葉片放空閥將自動完全關(guān)閉。當?shù)诙稳~片放空閥關(guān)閉時，第二段葉片將從最小操作位置開始打開。

壓縮機的流量是通過導葉調(diào)節(jié)實現(xiàn)的，即一級導葉控制壓縮機一段流量，五級導葉控制壓縮機二段流量。

實際運行中，為防止壓縮機喘振，同時在極端條件下能迅速全開喘振放空閥，壓縮機喘振控制器要求設(shè)置在自動模式，根據(jù)AtlasCopco根據(jù)公司提供的壓縮機使用手冊，喘振流量設(shè)定值為3450m³/h，二級喘振流量設(shè)定值為175m3/h，當壓縮機流量大于哮喘流量設(shè)定值時，哮喘放空閥自動關(guān)閉，當小于哮喘流量設(shè)定值時，哮喘放空閥自動打開。

對于壓縮機一、二段出口壓力，設(shè)置安全控制器，避免壓縮機一、二段出口壓力大于最大允許值，采用可編程邏輯控制器（PLC）控制，運行時應(yīng)設(shè)置為自動模式。在極端操作條件下，當出口壓力>1時.5MPa或兩段出口壓力>4.2MPa一、二段喘振放空閥會瞬間全開，反之亦然。

當汽輪機轉(zhuǎn)速上升到最小轉(zhuǎn)速時，5743r/m當時，壓縮機可以在全自動模式下加載，并逐步增加操作圖上一、二段出口壓力的設(shè)定值。此時，喘振排氣閥將首先逐漸關(guān)閉。全關(guān)閉后，進口導葉將逐漸打開并完成加載。當需要卸載時，降低一、二段出口壓力的設(shè)定值，然后導葉開始逐漸關(guān)閉。當完全關(guān)閉時，喘振排氣閥開始逐漸打開并卸載。

當汽輪機轉(zhuǎn)速為5743時r/m當電磁閥失電時，一、二段喘振放空閥瞬間全開，導葉瞬間全關(guān)。

2喘振排氣閥的突然全開因素及對策

通過以上分析，有兩個因素導致壓縮機第一段和第二段喘振排氣閥瞬間完全打開：一段出口壓力>1.5MPa或兩段出口壓力>4.2MPa；5743汽輪機轉(zhuǎn)速r/m。

在合成氨裝置的駕駛過程中，2011年12月28日，多軸離心空氣壓縮機一天內(nèi)突然打開三個喘振排氣閥，兩個爐切斷空氣，導致除一個爐和脫碳裝置以外的所有其他設(shè)備停止。

♂

2.1 原因分析

2.1.1 第一次喘振空氣排放閥

2011年12月28日凌晨01∶04∶36合成氣壓縮機汽輪機TK431抽氣時，多軸離心式空氣壓縮機一、二段喘振排氣閥突然打開，造成機組甩負荷，其運行狀態(tài)見圖3。

圖3

從圖3可以看出，當汽輪機轉(zhuǎn)速下降到5667時.6r/m轉(zhuǎn)速已達5743r/m，壓縮機哮喘放空閥突然打開，哮喘放空閥打開，由于壓縮機突然負荷，汽輪機轉(zhuǎn)速上升，1m最高轉(zhuǎn)速為633r/m，但沒有上升到汽輪機電子跳閘速度6645r/m，所以汽輪機沒有跳。

調(diào)整中壓蒸汽管網(wǎng)的壓力、溫度和多軸離心空氣壓縮機汽輪機轉(zhuǎn)速的狀態(tài)趨勢后，發(fā)現(xiàn)01∶05∶27中壓蒸汽管網(wǎng)蒸汽溫度為392℃下降至258℃，汽輪機的轉(zhuǎn)速下降到5609r/m，見圖4。由于圖3和圖4在不同計算機屏幕上截取的圖片，存在一定的時間誤差。

圖4 中壓蒸汽壓力、溫度及汽輪機轉(zhuǎn)速

合成合成氣壓縮機汽輪機TK431抽汽的溫度記錄發(fā)現(xiàn)，01∶05∶20合成氣壓縮機汽輪機TK431在抽汽系統(tǒng)中，抽汽線中的蒸汽溫度為126.5℃，泵送后的溫度為258.96℃，見圖5。操作人員發(fā)現(xiàn)，泵送后，溫度逐漸下降，難以控制，從而推斷出減溫水閥TV7046有內(nèi)漏，會增加暖管的難度。

圖5 TK431汽輪機抽汽溫度狀況

合成氣壓縮機汽輪機TK431在泵送前，由于操作人員沒有很好地加熱泵送管道，加上減溫閥泄漏，增加了加熱管道的難度泵送管道中的大量冷凝水立即進入中壓蒸汽管網(wǎng)，使管網(wǎng)中的蒸汽溫度迅速降至258℃，蒸汽溫度的下降導致多軸離心空氣壓縮機汽輪機從5860轉(zhuǎn)速r/m迅速下降到5743r/m下面，壓縮機一、二段喘振排氣閥突然打開。

♂

2.1.第二次哮喘放空閥全開

壓縮機第一次喘振排氣閥完全打開后，兩段爐關(guān)閉空氣，然后系統(tǒng)連鎖反應(yīng)導致合成氣壓縮機跳躍。此時，多軸離心式空氣壓縮機處于空載狀態(tài)∶40∶20多軸離心式空氣壓縮機加壓提升負荷∶1∶壓縮機一、二段喘振排氣閥突然打開，其運行狀態(tài)見圖6。

從圖6可以看出，當壓縮機提升負荷時，操作人員逐漸關(guān)閉一兩個喘振排氣閥，一個出口壓力迅速上升。為此，操作人員立即打開喘振排氣閥，但仍未抑制壓縮機出口壓力的上升，01∶41∶出口壓力145.555MPa，其壓力已＞1.5MPa，達到了壓縮機喘振放空閥突然打開的條件，喘振放空閥打開，因壓縮機突然甩負荷，汽輪機轉(zhuǎn)速急速上升，01∶42∶01其轉(zhuǎn)速達到6641r/m，汽輪機電子跳閘停車。

圖6 壓縮機運行狀況

多軸離心空氣壓縮機出口閥FV2011年開啟、壓縮機出口流量和汽輪機轉(zhuǎn)速趨勢后，發(fā)現(xiàn)壓縮機首次打開多軸離心式空氣壓縮機喘振排氣閥后甩出負荷FV2011年立即關(guān)閉，閥門一直關(guān)閉，見圖7。同時，調(diào)出壓縮機出口副線閥的開度趨勢后，發(fā)現(xiàn)閥門一直關(guān)閉。

圖7 出口閥FV2011年啟動，汽輪機轉(zhuǎn)速

從以上分析可以看出，當多軸離心式空氣壓縮機加載壓力時，其出口閥FV2011年，副線伐關(guān)閉，壓縮機出口壓力迅速上升，操作人員立即打開喘振排氣閥，但壓力繼續(xù)上升至1.5MPa上述情況導致壓縮機一、二段喘振排氣閥突然打開，然后汽輪機轉(zhuǎn)速迅速達到電子跳閘轉(zhuǎn)速并跳車。

2.1.3 第三次喘振排空閥全開

2011年12月28日20∶18∶12合成氣壓縮機汽輪機TK431抽氣時，多軸離心式空氣壓縮機一、二段喘振排氣閥再次突然打開，造成機組甩負荷。

通過調(diào)查分析，原因與第一次喘振排氣閥完全打開相同，由于合成氣壓縮機蒸汽輪機加熱管不足，冷凝液立即進入中壓蒸汽管網(wǎng)，使管網(wǎng)蒸汽溫度大大降低，導致多軸離心空氣壓縮機蒸汽輪機轉(zhuǎn)速降至5743r/m下面，哮喘放空閥突然打開。

2.2 解決措施

為防止此類事故再次發(fā)生，制定以下操作規(guī)定：

a）合成氣壓縮機汽輪機泵送前，操作人員應(yīng)充分加熱管道，打開導淋，將冷凝液清洗干凈，溫度>280℃后4-5，方可投汽。

b）為降低暖管難度，對減溫水閥TV維修7046，避免內(nèi)漏。

c）壓縮機提負荷時，應(yīng)充分溝通和聯(lián)系壓縮機崗位和轉(zhuǎn)換崗位，嚴格防止壓縮機出口閥FV2011年或副線閥未及時打開，導致壓縮機壓縮。

上述措施的實施有效防止了壓縮機喘振閥突然全開的嚴重后果，保證了設(shè)備的長期運行。

3 結(jié)論

深入調(diào)查分析多軸離心空氣壓縮機一天三次突然打開的事故，找出事故原因，采取相應(yīng)的解決方案：防止合成空氣壓縮機蒸汽溫度低，影響多軸離心空氣壓縮機蒸汽速度，打開喘氣排氣閥，檢查減溫水閥運行狀態(tài)，防止多軸離心空氣壓縮機出口過高，壓縮機崗位與轉(zhuǎn)換崗位密切配合，及時打開壓縮機出口閥FV2011或副線閥，避免此類問題再次發(fā)生。