辽化公司使用四合一的研究

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11.66×104t（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360℃时，排气温度为152℃，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90℃。（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；当主汽阀开度＞30％且蒸汽透平转速＜500r／min时，即使机组停车；防喘保护阀门开度＞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；阀门开度＞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1.5KOHmg／g，但13项理化指标仍在指标范围内。造成润滑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）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18℃、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6～8℃；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10～18℃、流量42000Nm3／h下，压力可以达到0.37MPa（A），满足工艺开车要求。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；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。通过与制造厂家共同研究，决定在机壳上盖密封面开一个4.5×4mm的沟槽，镶Φ5mm的耐酸氟橡胶O型环。当然，在下壳体开槽、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O型环（直径后增加到Φ5.5mm），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（～90℃）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。处理后上述各点温度均降至75℃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Φ10mm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（DN100×300），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。5建议注意机组压缩机间的压缩比分配、压缩机与尾透的匹配设计；提高各单机效率，减少压缩机功率消耗，增加尾透功率回收，减少蒸汽消耗，实现装置的技术经济性更好，是硝酸生产企业和机组设计制造单位共同的追求；同时，机组设计制造单位还要充分考虑影响机组长周期、平稳运行的细节问题：如氧化氮压缩机取压结构、氧化氮压缩机压力变送器膜片选材、部分测量元件的选配、安装方便等等。