聚烯烃装置进口丙烯制冷机组故障分析及改造

2020-03-05张绪文

设备管理与维修 2020年3期

张绪文

（中石油四川石化公司生产五部，四川成都 611930）

0 引言

30 万吨/年低密度聚乙烯装置采用国外流化床工艺，于2009年开始工程建设，2014年3月一次投料开车成功。其回收单元的作用是将聚合单元及脱气仓排出尾气中一丁烯、异戊烷等组分回收再利用，其工作过程是由排放气压缩机将尾气压缩，通过深冷换热器将尾气中的一丁烯、异戊烷由气体冷凝为液体，冷凝下来的一丁烯、异戊烷通过泵输送回聚合单元再利用。为深冷换热器提供冷媒的装置为制冷单元，该单元的核心设备是进口的知名丙烯制冷机组。该机组于2012年进厂安装，2014年3月投入运行，投用以后频繁出现油分离器内润滑油突然消失同时联锁停机的故障。频繁的故障对装置平稳生产造成了极大的困扰，因此决定对其进行改造。

1 故障统计

该丙烯制冷机组每次出现故障后，就要给油分离器泄压并重新加油，需要6～7 h 才能处理完毕，但是重新启动时，但往往刚一启动又重复出现同样的故障。频繁的故障不但使机组管理及维修人员身心疲惫，而且对装置平稳生产造成了极大的困扰。

为解决这一难题，相关工作人员经常24 h 在现场蹲守，仔细观察机组的运行参数，以及发生故障时的特征。相关故障统计见表1。

2 故障原因

2.1 系统制冷工作原理

如图1 所示：螺杆压缩机的入口与气液分离器的顶部连接，压缩机从气液分离器内吸入丙烯气体，压缩后送入冷凝器冷凝成液态，液态丙烯进入并储存在丙烯罐内，在压缩机出口压力的作用下，通过液位调节阀节流后进入气液分离器，在气液分离器内膨胀气化吸热；气液分离器通过管道与蒸发器连通，丙烯在蒸发器内吸收冷媒的热量实现制冷，气化的丙烯聚集在气液分离器的顶部空间，被螺杆压缩机吸入。这样不断循环往复，实现制冷循环。

2.2 故障原因分析

2.2.1 故障原因的确定（图2）

气液分离器的液位是非常重要的操作参数之一，正常控制范围为40%～65%，液位过低会引起螺杆压缩机吸入压力低联锁；液位过高会造成液体进入压缩机，不但容易损坏压缩机，而且在气液分离器液位高联锁的瞬间，液体通过螺杆压缩机进入油分离器。由于油分离器内的正常油温在50以上，丙烯液体遇见热油会剧烈气化并将油雾化后带到后系统，造成跑油。

表1 故障统计

机组每次发生故障后检查操作画面，都会显示“气液分离器液位高”连锁，观察油分离器的玻璃板液位计，显示无油位。该机组的控制系统为PLC,没有运行参数存储，只能实时显示，仅通过故障后对操作画面的观察无法准确判断故障原因。为此对机组进行了连续蹲守、观察，重点捕捉故障瞬间运行参数及特征，经过多次蹲守终于捕捉到了其三个最显著的特征：首先，每次发生故障时都会出现压缩机出口温度急剧下降的情况，温度从130瞬间降低到-20以下；与此同时油分离器温度由50以上瞬间降低到-20以下；在停机瞬间压缩机出现轰鸣声；停机后气液分离器玻璃板液位计显示无油位。

图1 气液分离器液位控制原理

图2 液位控制阀结构示意

该台机组的故障表现，完全符合气液分离器液位过高、液体丙烯吸入螺杆压缩机引起跑油的故障特征。因此故障原因定性为气液分离器液位控制失灵，造成制冷单元联锁停机并跑油。

2.2.2 气液分离器液位控制失灵原因分析

（1）液位控制原理。气液分离器液位控制系统由浮阀和液位调节阀及平衡管组成（图1），其控制原理为压缩机启动后来自丙烯罐的1.3 MPa 左右的液体丙烯进入液位调节阀入口，丙烯通过供液孔进入活塞室，克服弹簧阻力推动活塞带动阀芯上行，使阀门开启，液体丙烯通过阀门不断进入气液分离器，待气液分离器达到一定液位时浮阀打开，带压的液体丙烯通过平衡管进入液位调节阀的平衡室，此时活塞的上侧液体推力与弹簧力之和大于活塞下侧所受的液体推力，阀芯下行阀门关闭。随着气液分离器内的丙烯不断气化被吸入压缩机，其液位逐渐下降，当降至一定液位后，浮阀关闭将供给平衡室的丙烯切断，此时液位调节阀的活塞上侧液体推力与弹簧力之和小于活塞下侧所受的液体推力，阀芯上行阀门打开，液体丙烯再次通过阀门进入气液分离器（图2）。如此不断反复实现液位控制。

（2）液位控制系统失灵原因。淤浮阀壳体内的丙烯液体处于沸腾状态，浮球的工作环境非常恶劣，经常造成球体的变形或破裂；浮阀在液位作用下开关异常频繁，极易出现磨损及卡涩；于该液位控制阀属于开关两位阀，只有开和关两个位置，动作异常频繁，并且每次开关阀芯与阀座之间都会产生冲击，极易损伤密封面造成阀门泄漏。

以上问题均会造成气液分离器的液位失控，液位过高引起联锁停机及跑油。