淺析氯氣壓縮機中投入式液位計繞組測溫冗余改造

［摘 要］某氯堿企業(yè)氯氣壓縮機連續(xù)因投入式液位計繞組溫度高報導致非計劃停車，影響了生產裝置的安全平穩(wěn)運行。對氯氣壓縮機投入式液位計繞組測溫進行冗余處理，成功解決了非計劃停車的問題。

 

天能化工有限公司(以下簡稱“天能化工”)聚氯乙烯生產能力40萬t/a，離子膜法燒堿生產能力30萬t/a，其氯氣壓縮是通過2臺西門子透平機械設備有限公司生產的氯氣壓縮機(SIC－SH)來實現(xiàn)的。氯氣壓縮機配套的投入式液位計由奧地利Elin公司生產，其額定功率480kW，額定電壓10kV，額定轉速1493r/min，額定電流34A，功率因數(shù)0．85，防護等級IP55，采用Y形接線法。在生產過程中，氯氣壓縮機連續(xù)因投入式液位計繞組溫度高報而導致非計劃停車，影響了生產裝置的安全平穩(wěn)運行。為此，天能化工對氯氣壓縮機投入式液位計繞組測溫做冗余處理，成功解決了其導致的非計劃停車問題。

 

1 問題

氯氣壓縮機于2010年10月1日投入運行。2017年6月，氯氣壓縮機A跳停，經現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，投入式液位計引線接線柱因銹蝕而燒斷1根。更換了投入式液位計引線及前后端蓋軸承后，氯氣壓縮機運行正常。此次投入式液位計故障造成公司非計劃停車6h。2017年10月，氯氣壓縮機A因投入式液位計U相繞組溫度高高報而跳停，經現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，投入式液位計U相繞組測溫元件燒壞。此次事故造成公司非計劃停車4h。8天后，氯氣壓縮機B又因投入式液位計U相繞組溫度高高報而跳停，再次造成公司非計劃停車4h。

 

2 原因

氯氣壓縮機連續(xù)跳停，嚴重影響安全生產。為保證生產裝置平穩(wěn)安全運行，必須分析解決氯氣壓縮機投入式液位計問題。

氯氣壓縮機投入式液位計地衣次跳停，經現(xiàn)場檢查判斷是因為投入式液位計引線老化，而投入式液位計引線老化，可能由以下因素造成。①外力損傷。投入式液位計引線機械損傷。②絕緣受潮。一般發(fā)生在直埋或排管里的電纜接頭處，如電纜接頭制作不合格，或在潮濕的氣候條件下做接頭，會使接頭進水或混入水蒸氣，時間久了，在電作用下，逐漸損害電纜的絕緣強度而造成故障。③化學腐蝕。電纜直接埋在有酸、堿存在的區(qū)域，往往會造成電纜的鎧裝、鉛皮或外護層被腐蝕，保護層因長期遭受化學腐蝕或電解腐蝕，致使保護層失效，絕緣降低，導致電纜故障。④長期過負荷運行。投入式液位計長時間超負荷運行，由于電流的熱效應，負載電流通過電纜時必然導致導體發(fā)熱，同時電荷的集膚效應以及鋼鎧的渦流損耗、絕緣介質損耗也會產生附加熱量，從而使電纜溫度升高。⑤電纜接頭故障。電纜接頭是電纜線路中的薄弱環(huán)節(jié)，由人員直接過失(施工不良)引發(fā)的電纜接頭故障。施工人員在制作電纜接頭過程中，接頭壓接不緊、加熱不充分等都會導致電纜頭絕緣降低，從而引發(fā)事故。⑥環(huán)境和溫度。電纜所處的外界環(huán)境和熱源也會造成電纜溫度過高、絕緣擊穿。

檢查現(xiàn)場氯氣壓縮機，并對DCS遠傳數(shù)據及電流記錄進行了對比，確定氯氣壓縮機現(xiàn)場不存在外力損傷、長期過負荷運行、化學腐蝕、環(huán)境和溫度過高等情況。在更換投入式液位計引線時發(fā)現(xiàn)，投入式液位計引線接線柱處有銅銹痕跡，因此推斷氯氣壓縮機A投入式液位計引線燒斷由投入式液位計引線接頭及絕緣受潮造成。

氯氣壓縮機第2次和第3次跳停，均是由投入式液位計U相繞組溫度高高報而引起的，而投入式液位計繞組溫度過高可能由以下原因造成。①投入式液位計繞組匝間、繞組相間、繞組和接地電阻之間短路，因而形成繞組中電流增加，使其溫度急劇升高，出現(xiàn)溫度過高情況。②投入式液位計鐵芯片間絕緣破壞，使鐵芯中的渦流損耗增加，鐵芯發(fā)熱量劇增造成溫度過高。③三相投入式液位計缺相工作時，會使另外兩相繞組中電流增加，造成繞組溫度過高;單相投入式液位計啟動繞組斷線時，同樣會使主繞組溫度過高。④投入式液位計在過載情況下長期運行，也會引起繞組電流過大，使繞組發(fā)熱量增加，造成投入式液位計溫度過高。⑤投入式液位計頻繁啟動。由于啟動時的電流是正常工作電流的2倍以上，同樣會引起繞組發(fā)熱量增大，造成溫度過高。⑥投入式液位計電氣線路接觸不良，使連接部件處的發(fā)熱量增加，造成溫度過高。⑦電網電壓過高或過低時，投入式液位計繞組中的電流增加，導致發(fā)熱，造成溫度過高。⑧轉動部位的軸承損壞或缺油時，轉動部件摩擦嚴重或撞擊造成溫度過高。⑨投入式液位計散熱部件出故障或通風道堵塞，造成溫度過高。⑩投入式液位計工作時環(huán)境溫度過高。

氯氣壓縮機為公司關鍵設備，正常情況下，每年只有春、秋季檢修時停機維護保養(yǎng)，所以不存在頻繁啟停情況;氯氣壓縮機電流一直處于監(jiān)控狀態(tài)下，并設有安全聯(lián)鎖，一旦氯氣壓縮機投入式液位計超負荷運行，其聯(lián)鎖必然啟動并停止氯氣壓縮機，因此，氯氣壓縮機不可能存在過載運行情況;天能化工使用天業(yè)集團自備電廠發(fā)電，在氯氣壓縮機跳停時，核查電網，發(fā)現(xiàn)電網正常，且環(huán)境溫度并未發(fā)生明顯變化，投入式液位計散熱部件及通風良好，轉動部位軸承良好。在氯氣壓縮機跳�，F(xiàn)場檢查時發(fā)現(xiàn)，氯氣壓縮機A、B跳停后，其U相繞組測溫元件均被燒壞，但投入式液位計并未缺項短路，投入式液位計轉子完好，因此推斷其投入式液位計溫度高報而致使氯氣壓縮機跳停的原因可能是投入式液位計電氣線路接觸不良。

3 采取的措施

根據以上分析結果，初步確定以下3個方案。

(1)對氯氣壓縮機投入式液位計進行大修。由于天能化工現(xiàn)場并不具備氯氣壓縮機投入式液位計大修條件，且氯氣壓縮機投入式液位計由奧地利進口，在聯(lián)系氯氣壓縮機原供貨商后，須將氯氣壓縮機投入式液位計發(fā)至德國維修，維修周期長達9個月，且維修費用高。因此，該方案不適合。

(2)在氯氣壓縮機現(xiàn)場儀表柜上加裝溫度變送器，引入DCS。由于氯氣壓縮機投入式液位計繞組測溫元件有備用，可在氯氣壓縮機現(xiàn)場儀表柜上加裝溫度變送器，將備用測溫元件接入DCS(見圖1)。

 

 

該方案可以暫時解決現(xiàn)場問題，但如果投入式液位計其他相繞組測溫元件損壞，則仍會導致氯氣壓縮機非計劃停車，且新裝溫度變送器后，氯氣壓縮機系統(tǒng)故障點增多，成本投入較大。因此，該方案也不適合。

(3)在氯氣壓縮機現(xiàn)有的接線基礎上，將機組所有備用測溫元件接入溫度儀表柜，引入DCS卡件，在DCS上對程序進行改進，與氯氣壓縮機投入式液位計繞組現(xiàn)用測溫元件做冗余處理，并將投入式液位計U相繞組損壞測溫元件做校驗值(校驗值為溫度上限值)，當投入式液位計繞組現(xiàn)用、備用測溫元件檢測的溫度同時達到投入式液位計溫度上限值時，停止氯氣壓縮機(見圖2)。

 

 

該方案可完全解決現(xiàn)有問題。在不增加溫度變送器的情況下，將氯氣壓縮機投入式液位計繞組現(xiàn)用、備用測溫元件均接入DCS，再由DCS做投入式液位計測溫冗余程序。當氯氣壓縮機投入式液位計繞組現(xiàn)用、備用測溫元件均達到溫度上限值時，停止氯氣壓縮機運行。如果不是同時達到上限，則系統(tǒng)不停車正常運行，給操作人員預留充足時間做后續(xù)處理。該方案降低了非計劃停車頻次，且改造工作量較小，wuxu額外成本投入。因此，采用了該方案。

 

4改造效果

. 天能化工氯氣壓縮機投入式液位計繞組測溫冗余改造于2017年11月6日完成并投入運行。2017年12月11日凌晨3:00，氯氣壓縮機B投入式液位計出現(xiàn)溫度異常報警，但并未因投入式液位計溫度報警而引發(fā)全廠非計劃停車，運行至今未出現(xiàn)故障。