事故透平机组啮合原理及试车方案

黄 聪，肖宝光，姚圣兵，唐福鸿

（1.中国石油广西石化公司生产四部，广西 钦州 535008；2.中国石油大庆石化公司塑料厂，黑龙江 大庆 163714）

1 事故透平机组工艺功能简介

正常生产时，气相法流化床反应器由离心压缩机保持流化状态，催化剂持续地注入促使聚合反应的发生，同时聚合物间歇性地排出。典型事故如压缩机断电的状态下，最优的终止反应的方式是：维持短时间的流化状态，注入终止剂，使终止剂在床层中均匀分布，终止聚合反应，避免在非流化状态下剧烈反应而结块（终止剂为一氧化碳，其作用是使催化剂失活并抑制反应）。事故透平机组的作用便是在压缩机将要停转的状态下，反应器排放气驱动透平机，通过自动同步离合器驱动电机及压缩机，在较低的循环气速下将一氧化碳均匀地分布于反应床。事故透平机组结构布置见示意图1。

2 自动同步离合器功能及特点

2.1 离合器功能

如图1所示，自动同步离合器安装于驱动机（膨胀式透平）和工作机（连接着电机的压缩机）之间。正常操作时，压缩机由电机驱动，透平静止，离合器处于脱离状态。当电机断电，反应终止程序执行，逻辑自动打开排气阀驱动透平，透平转速增加，电机和压缩机的转速下降，当两者速度相等时，离合器自动啮合，透平驱动 电机及压缩机运转；当驱动排放气减少或中断，透平的转速小于电机和压缩机时，离合器自动脱离。

图1 事故透平机组结构布置图

2.2 SSS型（自动同步）离合器基本原理

一般SSS型离合器中，滑动套通过螺旋齿与输入轴连接，一端安装有离合器齿轮，一端安装有棘轮，输出轴上安装有棘爪和离合器齿轮。当输入轴转动时，滑动块随之转动，直到输入轴转速大于输出轴，棘轮齿与棘爪接触，滑动块受制动的扭矩作用，产生轴向力沿螺旋齿向输出轴移动，直到离合器齿轮完全啮合，棘爪卸载，轴向力消失。当输入轴转速降低小于输出轴转速时，滑动块所受扭矩相反，产生轴向力沿螺旋齿向远离输出轴方向移动，直到回到完全脱开位置。

2.2 SSS型SL19313B离合器特点

本机组采用SL19313B离合器，配置两级棘爪棘轮机构，其作用是在低速和高速状态下都可以实现自动啮合，并在输出端转动 输入端静止的状态下避免棘爪棘轮接触，实现精确控制。

该系列离合器特点：（1）一级棘爪安装于输出轴，受弹簧向心力和离心力作用；一级棘轮与滑动套驱 动齿轮整体制造。二级棘爪安装于滑动套（滑动套与输入轴螺旋齿连接），无弹簧，受离心力和油膜压力作用；二级棘轮与输出轴整体制造。

（2）一级棘爪在低速时激发离合器啮合，在输出轴转速大于500r·min-1时，离心力将克服向心弹簧力，棘爪失效，无法弹出。

（3）二级棘爪在高速时激发离合器啮合（大于500r·min-1）。当输出轴和输入轴速度差较大时，或输入端转速低时，棘爪棘轮之间的油膜压力作用克服离心力，棘爪失效，避免了棘爪棘轮相接触；当输出轴和输入轴速度接近且输入轴转速高时，油膜压力减小，离心力克服油膜压力，棘爪激活弹出。

因此，在输出轴高速旋转，输入轴静止或低速旋转时，两级棘爪都失效无法弹出；低速状态下，二级棘爪失效，当输入轴速度大于输出轴速度，一级棘爪激活离合器啮合；高速状态下，一级棘爪失效，当输入轴速度大于输出轴速度，二级棘爪激活离合器啮合。

3 透平停机逻辑

3.1 基本停机逻辑

透平停机通过逻辑关闭透平进气阀（即反应器向透平机入口的排放阀）实现，主要有3种类型：

（1）超速保护。透平高于1650r·min-1时停机，以防止高速旋转带来的机械伤害或工艺气泄漏。

（2）机械保护。在离合器啮合，透平驱动压缩机运转的过程中，机组发生振动、温度、油压等机械故障时停机。

（3）功能失败停机。反应终止逻辑启动15s如果透平转速达不到300r·min-1，则认为该类型终止功能失败，无法使一氧化碳终止剂均匀分布，透平停机，逻辑转而触发另一类型终止程序。

3.2 超速停车的紧急切断保护

上述超速保护中，采用DCS的速度监控和保护系统实现超速停车功能，但由于DCS系统数据采集和反应频率的限制，不足以及时实现紧急切断驱动气源达到超速保护的目的。

机组另外配置有一套由UPS驱动的电子超速保护系统，在透平入口组安装有紧急切断阀，当透平测速探头检测到超速信号时（探头3选2），电磁阀驱 动器紧急关闭切断阀，切断气源。因为透平机组不需要实现精确的速度控制，该阀门只作为超速保护，没有调节气量功能。

4 机组试车方案要点

基于事故透平机组的工艺功能、离合器啮合原理、停机逻辑，得出试车方案要点。

4.1 工艺条件

选择在反应器置换时的氮气环境条件下，压力与温度正常生产条件相近。

4.2 逻辑测试

需要完成机组所有逻辑的测试，重点是超速保护系统的测试。用计算机信号发生器和电子超速系统连接，通过速度传感器给出模拟信号进行测试。

4.3 试车关键步骤

（1）在压缩机机组正常运转的条件下，通过现场测试开关打开透平进气阀，通过调整气量调整透平转速，监测透平轴头泵油压是否正常；

（2）将透平转速调整到稍大于1500r·min-1（压缩机正常转速是1500r·min-1，透平超速跳车保护值是1650r·min-1），监测离合器位置开关发出啮合信号，透平机驱动压缩机机组运转，电机电流下降；

（3）将透平转速调整到稍小于1500r·min-1，离合器啮合信号消失，电机电流恢复正常；停电机，电机和压缩机速度下降，低于透平转速时，离合器啮合信号发出；

（4）调整气量维持机组运转5～10min，监测透平和压缩机转速匹配情况和离合器啮合信号相对应的情况；

（5）逐渐减少进气量，透平转速下降，低于压缩机转速时，离合器啮合信号消失。关闭进气阀，完成机组试车。

5 结语

在实际试车中，通过监控机组不同状态下的关键特征，确保了机组的平稳运转及设计功能的实现。