辽化公司使用四合一的研究

1、1 装置概况中国石油辽阳石油化纤公司(以下简称辽化公司)硝酸厂稀硝酸装置设计能力为年产硝酸11.66 X 104t (日产350t折100%HNO3，采用国际 上先进的双加压法工艺(氧化压力0.45MPa、吸收压力1.1MPa)，由化学工业第二设计院设计，装置的核心设备“四合一”机组由陕鼓制造，其中 蒸汽透平为杭汽配套，该套机组为投运的国产化机组中的第二套。工程于 2003 年 10 月 25 日开始土建施工， 2004 年 10 月 20 日工程中交，于 11 月 8日点火通氨，并实现装置一次开车成功。2004 年 11 月投产后，由于装置的核心设备“四合一”机组存在许多 设计和制造上的不完

2、善之处， 加上操作人员经验不足， 从首次开车到 2005 年 4 月进行首次“窗口”检修期间，稀硝酸装置先后非计划停车 30 次。 利用“窗口”检修机会，针对机组存在的各方面问题，进行集中整治，再 次开车后装置运行趋于平稳，以后又对陆续出现的其它问题进行了整改。 从 2006 年 3 月至今，装置长周期平稳运行。2 机组运行故障分析从辽化机组近三年的运行情况看，主要存在以下几方面问题。2.1 设计方面( 1 )“四合一”机组中轴流压缩机现场进气条件和排气压力、NOx 离心压缩机进气温度等实际运行工况与机组设计工况参数偏差较大，导致轴 流压缩机运行工况效率较低，耗功较大。(2)尾气透平效率低、回

3、收功率少。在工艺系统负荷为100%时，尾气透平进气压力达到 0.85MPa (G)、温度360C时，排气温度为152C, 比设计值明显偏高，严重影响机组效率。2.2 机械方面(1) 氧化氮压缩机中分面泄漏，成为困扰辽化公司硝酸装置长周期、 高负荷、优化运行的“瓶颈”问题，也是国内同行业(包括引进机组)面 临的一大顽症。 为治理泄漏， 已先后更换三种密封胶并且中分面添加铅丝， 但仍存泄漏。特别是负荷增加，泄漏量随之增加。(2) 轴流压缩机径向轴瓦温度偏高，达 90C。( 3)齿轮箱轴瓦温度过高，多次造成机组停车。2.3 仪表方面( 1)部分机组联锁设计不合理，没有考虑到辽化硝酸装置中压蒸汽 管网

4、随时可提供高品位的外供蒸汽，以维持蒸汽透平继续运转这一特殊 性。没有结合辽化蒸汽现状进行相关的联锁设计。不合理的联锁如：工艺 系统停车即使机组停车；当主汽阀幵度30%且蒸汽透平转速v 500r /min时，即使机组停车；防喘保护阀门幵度10%时，即使机组停车等等。( 2)喘振保护方案混淆于机组联锁停车系统。机组中的轴流压缩机、 离心压缩机均具有独立的喘振保护程序。即机组喘振发生时，打开防喘振 阀，工艺停车；阀门幵度10 %时机组联锁停车。这种操作程序与目前机 组防喘控制广泛应用的泄压而不停车的保护方案相悖，对机组损害较大。( 3)轴瓦温度高报联锁，采用单点测量、联锁信号“一取一”表决 方式(即

5、在某块轴瓦上单独的测温电阻呈现高阻抗时，就使机组停车)。 这种方式的灵敏度虽高但稳定性极差，单凭一点异常，即使机组停车。尤 其在原厂测温元件质量不是很好的情况下，“一取”方式造成了多次机 组误停车。(4)机组PLC编程逻辑关系复杂，操作不方便。( 5 )润滑油泵自启取压点原设计放在总管，易造成备泵低油压自启 滞后，使机组因润滑油压力低联锁停机。2.4 其它方面( 1)机组润滑油颜色变深、酸值提高。机组用润滑油原设计使用L-TSA46#防锈汽轮机油，使用两个月后颜色变红，运动粘度从46.6mm2/s增加到52.5mm2/s，酸值达到1.5K0Hmg/g,但13项理化指标仍在指标 范围内。造成润滑

6、油变色的主要原因是由于氧化氮压缩机中分面泄露，致 使机组周边环境中存在氧化氮气体，借助油箱油雾风机抽力的作用，少量 氧化氮气体进入润滑油中；同时机组紧急停车时因氧化氮压缩机轴端密封 气体的迅速丧失，不可避免会造成部分氧化氮气体顺轴封进入到机组润滑 油系统中。随着润滑油中酸性气体的积聚，其酸值也逐渐增高，影响机组 的长周期、稳定运行。曾发生因油封部件严重腐蚀，油中有杂质，造成调 速系统管路堵塞，透平启动不起来的情况。( 2)氧化氮压缩机喉部压差明显偏低且波动。机组运行半年后，氧化氮压缩机喉部压差逐渐降低， 满负荷下只有10kPa(正常应为20kPa)， 很容易造成工作点触碰喘振线而停车。( 3)

7、蒸汽透平真空度低，由于设计采用低压蒸汽抽真空，稍有波动， 真空度建立困难，甚至影响到开车；正常运转时增加蒸汽消耗。( 4)氧化氮压缩机喉部压差、入口压力、出口压力变送器膜片材质选用 316L 不合适，因这些地方易形成冷凝酸，长期使用，膜片容易发生腐蚀泄漏。辽化氧化氮压缩机曾发生因其喉部压差变送器正压侧膜片被腐 蚀漏，造成压差突降，最终导致停车。3 改进措施3.1 设计方面经过详细论证，辽化公司轴流压缩机( AV40-15 )的实际运行点和预 计的喘振点之间有较大的富裕度，可以通过减少该轴流压缩机后面一级， 提高轴流压缩机运行效率，减少轴流压缩机功率消耗，提高整个机组的运 行水平，降低机组的蒸汽

8、耗量。经测算， 该轴流压缩机在去掉后面 1 级动、 静叶后，按进气温度18C、进气压力0.098MPa、流量60000Nm3/h、排气 压力0.42MPa(A)下，AV40-14轴流压缩机将比AV40-15效率提高3%5%, 减少功耗约200kW 排气温度降68C；在该流量下，AV40-14仍能够满 足0.42MPa (A)排气压力的工艺设计要求；在进气温度1018C、流量42000Nmh下，压力可以达到 0.37MPa (A),满足工艺幵车要求。由陕鼓详细设计并提供具体实施方案和性能曲线，辽化检修分公司在 陕鼓技术人员现场指导下，去掉后面 1 级动、静叶，并安装相应的新加工 代叶块等零部件；

9、在辽阳石化分公司机械研究所完成低速动平衡；最终安 装复位后对轴流压缩机进行喘振标定，并在机组PLC上绘出新的喘振线。3.2 机械方面( 1)氧化氮压缩机中分面泄漏问题，主要是由两方面原因造成的： 一是氧化氮压缩机中分面上下壳体接触表面加工精度不够，表面段最大误 差达0.5mm以上；二是中分面螺栓预紧力不足，特别是入口端由于设计缺 陷，机壳外形不便于放扳手，不利于将螺栓把紧。4.5 x 4mm通过与制造厂家共同研究，决定在机壳上盖密封面开一个 的沟槽，镶 5mm的耐酸氟橡胶0型环。当然，在下壳体幵槽、镶环从密封角度讲，效果会更好，把握性会更大。但由于检修时间有限，因此采用 了上盖开槽，解决由于表

10、面加工精度不够造成的泄漏。对于螺栓预紧力不够的这一问题，针对壳体的外部形状和中分面各部 螺栓的实际位置，将无法用力、不利于把紧的入口端中分面螺栓采用细牙 螺栓，这样在同样外力情况下，预紧力将会更大，能够增大中分面的接触 面积，解决由于螺栓预紧力不够造成的泄漏。通过采取上述两项措施，并选用耐高温的氟 23 密封 0型环（直径后增加到5.5mm），自2005年7月投用至今，取得了令人满意的效果，彻 底消除了氧化氮压缩机中分面泄漏问题。（2）针对轴流压缩机径向轴瓦温度偏高（90C ）和齿轮箱轴瓦温 度过高多次造成机组停车问题，通过适当刮研，加大该处轴瓦间隙，加大 润滑油流量，更好地带走轴承热量。处理

11、后上述各点温度均降至 75C以下。 3.3 仪表方面（ 1）机组轴温测量联锁改为“二取二”表决（即同一轴瓦上两点轴温同时高时，联锁才动作）；轴振动同向“二取二”（即同台机组的X向或者Y向振动同时高，联锁有效）并引进联锁停车系统；压缩机喘振保护 系统与联锁停车系统剥离，自成体系；取消了一些不切实际的联锁；完善 了新的联锁停车方案；全部更换了原厂配套的测温元件。（2）按照新的联锁方案，对现有 PLC编程逻辑深入研究，逐模块、逐语句、逐控制点分析，作到对每部分的取舍、添减修改合理。使修改后 的机组编程逻辑关系清晰、易于操作（3）润滑油泵自启取压点由总管改至泵出口处。3.4 其它方面（1）为润滑油颜色

12、变深、酸值提高问题，采取两项措施：一是在机组各轴承箱接入 10mm氮气管线，进行微氮保护；二是在氧化氮压缩机 轴端引入两级密封（空压机出口气体和公用风）。（ 2）氧化氮压缩机喉部压差明显偏低且波动问题，考虑到可能是由 于引压管中带液造成的，在正负引压管去变送器前各设置一小脱液罐（DN10CX 300）,投用后压差趋稳，但测量值仍偏低。为避免因压差测量 问题导致的停车，现人为地在测量值基础上增加10kPa。该喉部压差偏低与取压结构不合理有直接关系。（ 3）为解决蒸汽透平真空度建立困难、真空度偏低问题，已改用中 压蒸汽进行抽真空。（ 4）氧化氮压缩机入口压力、出口压力和压差变送器膜片材质已选 用钽

13、材（ 304L 或钛材没有采购到）。4 改进效果 通过采取上述改进措施，确保“四合一”机组满足工艺操作要求，成 为装置健康的“心脏”，为装置的“安、稳、长、满、优”运行提供了强 有力的保证。其运行数据见表 1。inuTTTfrj華位H ftSKM01r/iwnII 0671T64O*X：42X7熬汽人；i用力FIMOEME*jftTtx uiatt：Tl4UiX利W飙汽出口舐力1*1 V1402An.1A/Px止懵曲h.tL.-trrMTziX?TM m22Y l丸202X声U mivnFI64OIg16 JLP|h4 HLSMt科JW轨也口圧力PietiDi闇n097TI2XXtt?AIJK

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