李彬喜

（中國石油大慶石化公司化肥廠，黑龍江 大慶 163714）

大慶石化公司化肥廠合成氨裝置有四大關(guān)鍵壓縮機組，即原料氣壓縮機（102J）、空氣壓縮機（101J）、氨氣壓縮機（105J）、合成氣壓縮機（103J）。其中除101J和105J共用一套油系統(tǒng)外，其余各用自己的油系統(tǒng)。2009年3月4日17：23，大慶石化公司合成氨車間發(fā)生了103J機組跳車（自動停車）。經(jīng)過計算和試驗，跳車的直接原因是103J合成氣壓縮機蓄能器不能保證在足夠的時間內(nèi)控制油的壓力高于停機設(shè)定值0.35MPa。事后也對101J、102J、105J等機組蓄能器能力進行試驗和核算，同樣發(fā)現(xiàn)蓄能器能力不足。為了排除這一安全隱患，決定對四大機組的三臺蓄能器進行改造。

一、機組蓄能器的基本原理

目前四大機組使用的蓄能器是膠囊式預充氣蓄能器，工作原理以波義耳定律（PVn=K=常數(shù)）為基礎(chǔ)，通過壓縮氣體完成能量轉(zhuǎn)化。使用時首先向蓄能器充入預定壓力的氣體。當系統(tǒng)壓力超過蓄能器內(nèi)部壓力時，油液壓縮氣體，將油液中的壓力轉(zhuǎn)化為氣體內(nèi)能；當系統(tǒng)壓力低于蓄能器內(nèi)部壓力時，蓄能器中的油液在高壓氣體的作用下流向外部系統(tǒng)，釋放能量。選擇適當?shù)某錃鈮毫κ沁@種蓄能器的關(guān)鍵。膠囊式預充氣蓄能器由鑄造或鍛造而成的壓力罐、膠囊、氣體入口閥和油入口閥組成，如圖1所示。

二、蓄能器油量不夠、反應(yīng)時間不足的原因分析

經(jīng)分析，機組跳車的直接原因是主油泵跳車后，備用輔油泵自動啟動，但在啟動的過程中，控制油壓力仍然下降達到了跳車值0.35MPa后，導致機組跳車。

按照美國石油學會標準的要求：在備用輔油泵啟動加速時間至少需要4s的時間，蓄能器應(yīng)該保證這一時間段內(nèi)控制油的壓力高于0.35MPa。下面以合成氣壓縮機103J為例對蓄能器的補充能力進行計算，主要數(shù)據(jù)是：

油泵能力：Q＝663L/min＝11.05L/s

油泵出口壓力：P出＝0.92MPa

正常時控制油壓力：P控＝0.7MPa

控制油跳車壓力：P跳＝0.35MPa

蓄能器充氣壓力：P充＝0.6MPa

蓄能器殼體體積：V殼＝38.75L

蓄壓膠囊正常體積：V囊＝28.5L

油泵出口蓄能器膠囊充氣后的體積達到最大，與蓄能器殼體體積一致，那么充油后的體積：

油泵出口蓄能器膠囊跳車后的體積：

由于蓄能器殼體限制最大體積即為蓄能器殼體體積38.75L，那么補充到系統(tǒng)的油量：V補1＝38.75-25.27＝13.48L

控制油蓄能器膠囊充氣后的體積達到最大，與蓄能器殼體體積一致，那么充油后的體積：

油泵出口蓄能器膠囊跳車后的體積：

由于蓄能器殼體限制最大體積即為蓄能器殼體體積38.75L，那么補充到系統(tǒng)的油量：V補2＝38.75-33.21＝5.54L

補充到系統(tǒng)中的總油量：V補總＝V補1＋V補2＝19.02L

那么保證油壓不降低的時間為：t＝V補總/Q＝1.72s

從計算結(jié)果來看，即使蓄能器完好，充壓壓力達到0.6MPa，也不能滿足美國石油學會標準中的要求，也達不到3.3s的控制油恢復時間，也就是說在主油泵跳車后，輔油泵啟動期間，蓄能器不能保證足夠的時間內(nèi)控制油的壓力高于0.35MPa，導致機組跳車。

同理計算101J、102J蓄能器均不能保證足夠的時間內(nèi)控制油的壓力高于0.35MPa。

為了證明理論計算的結(jié)論是否正確，在3月6日又進行了實地模擬試驗，經(jīng)過結(jié)果分析，可以充分認為目前的蓄能器能力不足。

三、改進措施

在跳車問題發(fā)生后，檢查中發(fā)現(xiàn)四大機組使用的蓄能器均存在內(nèi)部密封膠墊漏油的問題，內(nèi)部膠囊損壞的情況在平時檢查中不易發(fā)現(xiàn)，導致蓄能器工作時油壓波動，聯(lián)鎖動作時油壓跟不上，導致跳車，故必須對其進行改造。

1.放棄原來的預充氣式蓄能器，選用氣液直接接觸式蓄能器。優(yōu)點是容量大、反應(yīng)靈敏，運動部分慣性小，沒有機械磨損，平時檢查方便。氣體選用氮氣。

2.進行容積計算，確定蓄能器新規(guī)格。

充氮氣壓力P1=0.8P2=0.46MPa

最低控制壓力P2=0.55MPa

備用泵啟動壓力P3=0.98MPa

同理，102J、103J氮氣瓶體積分別為138L和196L。

根據(jù)以上核算得出各蓄能器規(guī)格如下：

101J/105J控制油蓄能器尺寸為：φ500mm×1 300mm

102J控制油蓄能器尺寸為：φ426mm×1 200mm

103J控制油蓄能器尺寸為：φ500mm×1 300mm

3.安裝。2010年7月檢修期間，新蓄能器制造出來，原位安裝，管線焊接用氬弧氣體保護焊，并經(jīng)過酸洗和油洗，最終接入油系統(tǒng)。

四、改造效果

四大機組蓄能器在改造以后，經(jīng)試驗各種聯(lián)鎖動作準確，無跳車現(xiàn)象。通過這次改造，解決了四大機組蓄能器蓄能能力不足的問題，為機組的穩(wěn)定運行消除了隱患。

[1]設(shè)備維護檢修規(guī)程[M].化學工業(yè)出版社,1993.

[2]API 614石油、化工和氣體工業(yè)用潤滑、軸密封和控制油系統(tǒng)及輔助設(shè)備[S].

[3]化工部化工機械研究院第一研究室編.大化肥裝置[美、日型]離心壓縮機資料匯編目錄第一篇美國型[G].