苯酐装置鼓风机组防晃电改造

史文汇(宁波市镇海泰达化工有限公司，浙江 宁波 315207)

1 研究目的、意义和必要性

某苯酐装置是以邻二甲苯和空气为原料，采用巴斯夫催化剂，生产负荷达到95 g/Nm3空气，正常生产过程中需要提供87 000～88 000 Nm3/h空气经过滤后，由空气鼓风机压缩至50 kPa进入主反应器，空气鼓风机用蒸汽透平机驱动，机组功率2 500 kW，该设备属于本装置关键设备，其稳定运行是装置平稳的基础，然而本装置上级电网由于其他用电客户设备可靠性不足导致电网晃电频发，2016年有3次晃电，2017年有8次晃电，造成透平机组联锁停车，造成装置紧急停工，造成重大经济损失。

通过多次晃电停工分析，如果大机组鼓风机不跳车，装置还可以在晃电后及时投料避免全面停工。

2 鼓风机机组晃电跳车原因

2.1 油泵自启动备泵

油泵自启动当润滑油油压PIA351低于0.2 MPa或控制油压力PAS005低于0.6 MPa，备用泵将会自动开启。电气还有一路自启动，主泵接触器脱开，备泵自启动。

2.2 油站联锁设置

控制油压力开关PAS009低于0.15 MPa时机组联锁跳车，润滑油有三个压力开关PAS325ABC，三取二低于0.1 MPa时机组联锁跳车。

由于上级电网不稳定和夏季雷雨天气影响造成电网电压波动，晃电现象时常发生，备用油泵在自启动时不能在短时间内恢复油压，导致润滑油或控制油压低于停机值触发联锁停车事故，造成极大的经济损失，通过多次分析发现油压低备泵联锁自启动和电气联锁自启动不能够对机组油压稳定做出保证，需要增强机组对电网晃电的抵御能力，从最大限度上降低因非计划而发生停工事故[1]。

3 改造思路

3.1 油路改造增加油路的蓄能器

如何保证油压不低于联锁值是我们防晃电主要目标。

(1)稳定控制油压力。首先查找流程，主油管去控制油有一个DN50止回阀，如果此阀故障，会导致油泵停止期间高压控制油(0.8 MPa)流回低压油系统，此时油系统残余压力因润滑油流量大且压力低导致控制油压力低于0.15 MPa联锁值，为此确认此止回阀关系到该机组在抗晃电因素之一，利用停工期间对此阀进行更换，检查发现此单向阀关闭期间存在一定量的泄漏，消除了此隐患增强了大机组抗晃电能力。

(2)利用蓄能器减缓管路油压变化。在润滑油管路上没有蓄能器，考虑增加低压蓄能器来稳定低压润滑油油压。本文将润滑油低压蓄能器的计算来说明选合适的蓄能器的容积。

①系统参数

提供的设计参数如下：

润滑油牌号：ISO VG32；

工作油温：≤45 ℃；

设计温度(气测/油测)：100 ℃/100 ℃；

设计压力(气测/油测)：1.0 MPa/1.0 MPa；

油泵流量：380 L/min=6.33 L/s；

工作时油泵最高压力：0.30 MPa；

切换时油泵最低压力：0.10 MPa；

油压测点标高：0 m；

蓄能器安装标高：0 m；

蓄能器向系统供油时间：5 s。

②容积计算

蓄能器作辅助动力源的计算如下：

式中：V0为所需蓄能器的容积(L)；P0为蓄能器预充氮气压力，按0.90P1＞P0＞0.25P2，预充气： 0.090＞P0＞0.075，取P0=0.08 MPa；ΔV为蓄能器的有效工作容积=6.33 L/s×5 s=31.65 L；P1为系统最低压力=0.10 MPa；P2为系统最高压力=0.30 MPa。

计算结果：按油泵出口的流量6.33 L/s，经计算，系统在5 s内维持系统的蓄能器总容积为：68.26 L。

③参数计算分析

分析示意图如图1所示。

图1 分析示意图

④配置方案

按油泵出口的流量6.33 L/s，经计算，系统在5 s内维持系统的蓄能器总容积为：68.26 L。选用Φ299/40 L蓄能器单台排放量为15 L/s，2台40 L蓄能器总排放量为30 L/s，可以满足6.33 L/s的要求，又能满足系统在5 s内需要补充的液体总容量，双排式超低压大排量的不锈钢蓄能器组件完全能够满足要求。装置利用2018年停工大修期间增加了2×40 L低压润滑油蓄能器，来稳定晃电期间润滑油油压避免了因润滑油压力开关PAS325ABC压力低触发联锁信号导致机组联锁停车。

3.2 润滑油泵抗晃电电气方案

电气部分的改造思路是使用防晃电交流接触器替换普通交流接触器，交流接触器在低压电动机控制系统中的应用非常广泛，占了相当大的比例。由于电磁式交流接触器的工作原理特点，当电网出现晃电时，会造成交流接触器工作线圈短时断电或电压过低，导致靠电流维持吸合的动、静铁芯吸力小于释放弹簧的弹力，使接触器释放产生跳闸停机的重要原因[2]。

针对电网欠压或失压现象，选用某公司生产永磁式防晃电接触器和增加时间继电器，对改防晃电接触器进行试验，数据为释放接触器电压区间42～124 V，释放时间3 s左右。当不低于42 V时，3 s内电压恢复正常，设备可继续维持运转。

3.3 增加润滑油压联锁延时

通过汽轮机联锁逻辑图上可以看到：控制油压力开关PAS009低于0.15 MPa时机组联锁跳车，润滑油有三个压力开关PAS325ABC，三取二低于0.1 MPa时机组联锁跳车，经过讨论认为上面的联锁主要保护机组润滑需要，但是从抗晃电来看躲过联锁停车不合理，所以在2018年大修期间对联锁停机增加2 s延时。晃电时备用油泵启动油压恢复需要时间，当2 s内油压恢复到停机报警值以上，主风机润滑油压开关PAS325ABC和控制油压开关PAS009联锁不启动，机组能继续稳定运行；当2 s内油压不能恢复到停车报警值以上，机组油压继续报警，联锁启动，机组停车。主风机组润滑油系统设置有高位油箱，2 s不会影响机组轴承润滑和安全运行。

4 改造效果

在2018年大修期间技术改造后，成功避免了多起晃电事故的发生，大幅降低了苯酐装置非计划停工的事故的可能性。

(1)实施更换止回阀和增加蓄能器，主风机开车前蓄能器延时试验，控制油油压从0.8 MPa降至0.3 MPa共需5 s，降至联锁停车值0.15 MPa共需6 s(改造前油压下降快的原因是止回阀故障，导致高压控制油到低压润滑油系统)。润滑油从0.3 MPa下降至0.1 MPa联锁共需3 s(改造前润滑油油压下降至联锁时则约需1 s)。

(2)自从实施防晃电永磁交流接触器和增加时间继电器是起到双重保护改造及蓄能器方案后，从2018年4月检修结束至2018年底共出现晃电3次晃电的冲击，但主风机油泵仍然保持安全运行，机组的运行没有受到任何影响，在很大程度上降低了停机和非计划停工的风险。2018年10月17日12时33分20秒，由于外电网10 kV晃电事故，共导致15台高低压设备电机跳停，机组高低压油晃电时没有达到联锁停机值。由此可见，此时通过采用合适防晃电接触器电气改造和增加蓄能器，能够有效避免油泵切换时油压瞬间低于联锁值可能会带来的停车风险。

5 结语

某公司苯酐装置主风机组采取了上述一系列改造措施后，取得了良好的效果。2018年4月大修至2020年底共经受14次晃电，润滑油系统全部经受考验没有因油系统触发联锁停鼓风机组造成非计划停工，也给工艺创造条件晃电后立即将其他机泵重启后立即投料生产，目前该苯酐置连续运行880 d，创了苯酐装置连续运行时间国内最高纪录，也证明鼓风机组防晃电非常成功。