合成氨四大離心壓縮機組蓄能器的改造

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控制油的壓力高于停機設定值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）為基礎，通過壓縮氣體完成能量轉化。使用時首先向蓄能器充入預定壓力的氣體。當系統(tǒng)壓力超過蓄能器內部壓力時，油液壓縮氣體，將油液中的壓力轉化為氣體內能；當系統(tǒng)壓力低于蓄能器內部壓力時，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。選擇適當的充氣壓力是這種蓄能器的關鍵。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、反應時間不足的原因分析

經分析，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，蓄能器應該保證這一時間段內控制油的壓力高于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，主要數據是：

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控制油的壓力高于0.35MPa。

為了證明理論計算的結論是否正確，在3月6日又進行了實地模擬試驗，經過結果分析，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)現四大機組使用的蓄能器均存在內部密封膠墊漏油的問題，內部膠囊損壞的情況在平時檢查中不易發(fā)現，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，經試驗各種聯(lián)鎖動作準確，無跳車現象。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].