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浅析氯气压缩机中投入式液位计绕组测温冗余改造

作时间:2019-09-10  来源:  编辑:
   
[摘 要]某氯碱企业氯气压缩机连续因投入式液位计绕组温度高报导致非计划停车,影响了生产装置的安全平稳运行。对氯气压缩机投入式液位计绕组测温进行冗余处理,成功解决了非计划停车的问题。
 
天能化工有限企业(以下简称“天能化工”)聚氯乙烯生产能力40万t/a,离子膜法烧碱生产能力30万t/a,其氯气压缩是通过2台西门子透平机械设备有限企业生产的氯气压缩机(SIC-SH)来实现的。氯气压缩机配套的投入式液位计由奥地利Elin企业生产,其额定功率480kW,额定电压10kV,额定转速1493r/min,额定电流34A,功率因数0.85,防护等级IP55,采用Y形接线法。在生产过程中,氯气压缩机连续因投入式液位计绕组温度高报而导致非计划停车,影响了生产装置的安全平稳运行。为此,天能化工对氯气压缩机投入式液位计绕组测温做冗余处理,成功解决了其导致的非计划停车问题。
 
1 问题
氯气压缩机于2010年10月1日投入运行。2017年6月,氯气压缩机A跳停,经现场检查发现,投入式液位计引线接线柱因锈蚀而烧断1根。更换了投入式液位计引线及前后端盖轴承后,氯气压缩机运行正常。此次投入式液位计故障造成企业非计划停车6h。2017年10月,氯气压缩机A因投入式液位计U相绕组温度高高报而跳停,经现场检查发现,投入式液位计U相绕组测温元件烧坏。此次事故造成企业非计划停车4h。8天后,氯气压缩机B又因投入式液位计U相绕组温度高高报而跳停,再次造成企业非计划停车4h。
 
2 原因
氯气压缩机连续跳停,严重影响安全生产。为保证生产装置平稳安全运行,必须分析解决氯气压缩机投入式液位计问题。
氯气压缩机投入式液位计第一次跳停,经现场检查判断是因为投入式液位计引线老化,而投入式液位计引线老化,可能由以下因素造成。①外力损伤。投入式液位计引线机械损伤。②绝缘受潮。一般发生在直埋或排管里的电缆接头处,如电缆接头制作不合格,或在潮湿的气候条件下做接头,会使接头进水或混入水蒸气,时间久了,在电作用下,逐渐损害电缆的绝缘强度而造成故障。③化学腐蚀。电缆直接埋在有酸、碱存在的区域,往往会造成电缆的铠装、铅皮或外护层被腐蚀,保护层因长期遭受化学腐蚀或电解腐蚀,致使保护层失效,绝缘降低,导致电缆故障。④长期过负荷运行。投入式液位计长时间超负荷运行,由于电流的热效应,负载电流通过电缆时必然导致导体发热,同时电荷的集肤效应以及钢铠的涡流损耗、绝缘介质损耗也会产生附加热量,从而使电缆温度升高。⑤电缆接头故障。电缆接头是电缆线路中的薄弱环节,由人员直接过失(施工不良)引发的电缆接头故障。施工人员在制作电缆接头过程中,接头压接不紧、加热不充分等都会导致电缆头绝缘降低,从而引发事故。⑥环境和温度。电缆所处的外界环境和热源也会造成电缆温度过高、绝缘击穿。
检查现场氯气压缩机,并对DCS远传数据及电流记录进行了对比,确定氯气压缩机现场不存在外力损伤、长期过负荷运行、化学腐蚀、环境和温度过高等情况。在更换投入式液位计引线时发现,投入式液位计引线接线柱处有铜锈痕迹,因此推断氯气压缩机A投入式液位计引线烧断由投入式液位计引线接头及绝缘受潮造成。
氯气压缩机第2次和第3次跳停,均是由投入式液位计U相绕组温度高高报而引起的,而投入式液位计绕组温度过高可能由以下原因造成。①投入式液位计绕组匝间、绕组相间、绕组和接地电阻之间短路,因而形成绕组中电流增加,使其温度急剧升高,出现温度过高情况。②投入式液位计铁芯片间绝缘破坏,使铁芯中的涡流损耗增加,铁芯发热量剧增造成温度过高。③三相投入式液位计缺相工作时,会使另外两相绕组中电流增加,造成绕组温度过高;单相投入式液位计启动绕组断线时,同样会使主绕组温度过高。④投入式液位计在过载情况下长期运行,也会引起绕组电流过大,使绕组发热量增加,造成投入式液位计温度过高。⑤投入式液位计频繁启动。由于启动时的电流是正常工作电流的2倍以上,同样会引起绕组发热量增大,造成温度过高。⑥投入式液位计电气线路接触不良,使连接部件处的发热量增加,造成温度过高。⑦电网电压过高或过低时,投入式液位计绕组中的电流增加,导致发热,造成温度过高。⑧转动部位的轴承损坏或缺油时,转动部件摩擦严重或撞击造成温度过高。⑨投入式液位计散热部件出故障或通风道堵塞,造成温度过高。⑩投入式液位计工作时环境温度过高。
氯气压缩机为企业关键设备,正常情况下,每年只有春、秋季检修时停机维护保养,所以不存在频繁启停情况;氯气压缩机电流一直处于监控状态下,并设有安全联锁,一旦氯气压缩机投入式液位计超负荷运行,其联锁必然启动并停止氯气压缩机,因此,氯气压缩机不可能存在过载运行情况;天能化工使用天业集团自备电厂发电,在氯气压缩机跳停时,核查电网,发现电网正常,且环境温度并未发生明显变化,投入式液位计散热部件及通风良好,转动部位轴承良好。在氯气压缩机跳停现场检查时发现,氯气压缩机A、B跳停后,其U相绕组测温元件均被烧坏,但投入式液位计并未缺项短路,投入式液位计转子完好,因此推断其投入式液位计温度高报而致使氯气压缩机跳停的原因可能是投入式液位计电气线路接触不良。
3 采取的措施
根据以上分析结果,初步确定以下3个方案。
(1)对氯气压缩机投入式液位计进行大修。由于天能化工现场并不具备氯气压缩机投入式液位计大修条件,且氯气压缩机投入式液位计由奥地利进口,在联系氯气压缩机原供货商后,须将氯气压缩机投入式液位计发至德国维修,维修周期长达9个月,且维修费用高。因此,该方案不适合。
(2)在氯气压缩机现场仪表柜上加装温度变送器,引入DCS。由于氯气压缩机投入式液位计绕组测温元件有备用,可在氯气压缩机现场仪表柜上加装温度变送器,将备用测温元件接入DCS(见图1)。
 
20190910093012.jpg
 
该方案可以暂时解决现场问题,但如果投入式液位计其他相绕组测温元件损坏,则仍会导致氯气压缩机非计划停车,且新装温度变送器后,氯气压缩机系统故障点增多,成本投入较大。因此,该方案也不适合。
(3)在氯气压缩机现有的接线基础上,将机组所有备用测温元件接入温度仪表柜,引入DCS卡件,在DCS上对程序进行改进,与氯气压缩机投入式液位计绕组现用测温元件做冗余处理,并将投入式液位计U相绕组损坏测温元件做校验值(校验值为温度上限值),当投入式液位计绕组现用、备用测温元件检测的温度同时达到投入式液位计温度上限值时,停止氯气压缩机(见图2)。
 
20190910093033.jpg
 
该方案可完全解决现有问题。在不增加温度变送器的情况下,将氯气压缩机投入式液位计绕组现用、备用测温元件均接入DCS,再由DCS做投入式液位计测温冗余程序。当氯气压缩机投入式液位计绕组现用、备用测温元件均达到温度上限值时,停止氯气压缩机运行。如果不是同时达到上限,则系统不停车正常运行,给操作人员预留充足时间做后续处理。该方案降低了非计划停车频次,且改造工作量较小,无需额外成本投入。因此,采用了该方案。
 
4改造效果
. 天能化工氯气压缩机投入式液位计绕组测温冗余改造于2017年11月6日完成并投入运行。2017年12月11日凌晨3:00,氯气压缩机B投入式液位计出现温度异常报警,但并未因投入式液位计温度报警而引发全厂非计划停车,运行至今未出现故障。
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