催化裝置主風機組油泵抗晃電改造

葛金衛 王 艷 陸 海

作者通聯：中國石化集團巴陵石化公司烯烴事業部 湖南岳陽市云溪區 414014

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一、存在的問題

岳陽某石化公司烯烴事業部催化裝置主風機組提供主風至下游反應崗位進行待生劑燒焦，同時回收煙氣能量，在煉廠中屬于關鍵特護設備。主風機組潤滑油站兩臺潤滑油泵均采用電機驅動，機組正常供油時，潤滑油泵實行一開一備。潤滑油泵出口油壓一般控制在0.7MPa 左右，總管油壓控制在0.26MPa，油壓低至0.18MPa 時，備用泵自啟動，油壓低于0.12MPa 時，機組自動停機。主風機組油泵設置有電氣聯鎖啟動、油壓低備泵聯鎖自啟動和油壓低低聯鎖停機3 種方式。岳陽地區是雷雨多發區，夏季電網經常因雷擊或外電波動網等原因出現短時故障，電壓有較大波動，易出現晃電現象，如廠區內電機短時欠壓或失電。催化裝置1998年投產以來，已經發生多起因電網晃電，機組油泵備泵自啟動過程中油壓不能瞬間升起，出現潤滑油壓低低導致機組聯鎖停車的事故，經濟損失巨大。事故分析表明電氣聯鎖啟動和油壓低備泵聯鎖自啟動不能有效保證機組油壓穩定，需要提升機組油泵抵御電網晃電的能力，最大限度降低非計劃停工的事故。

二、主風機組油泵抗晃電方案

為解決主風機組油泵抗晃電問題，組織人員到洛陽石化、青島煉化及青島石化等兄弟單位調研，圍繞機組抗晃電設備一般有兩個方案。

（1）蒸汽透平驅動方案。在兩臺電機驅動潤滑油泵基礎上，增加1 臺蒸汽透平驅動的油泵，同時為保證整個潤滑油系統穩定，在潤滑油總管安裝蓄能器。API614（美國石油學會標準）規定：作為給蒸汽透平、壓縮機及泵的潤滑系統、密封系統及調節油系統供油的油泵應設主油泵和備用油泵，且主、備油泵應使用不同的能源做動力。除另有規定外，主油泵應由蒸汽透平驅動，備用泵由電機驅動。因此，采用蒸汽透平驅動，避開電網波動影響，是解決油泵晃電的一個有效措施。

（2）動力EPS 方案。在油泵供電線路上增設EPS 應急動力不間斷電源裝置，當市電晃電時，EPS 備用電源投入，市電由靜態開關切換至EPS 逆變器運行供電，保持機組油泵正常運行。

蒸汽透平驅動方案應用成熟，符合API614 規定，但檢修難度較大，采購周期長（8～15個月），一次性投入費用較高，經測算約需115萬元。動力型EPS 方案屬新技術，原理可靠，但電子元件易老化（催化裝置原有一套EPS 裝置，運行3年后故障頻出，主要是蓄電池漏液導致線路起火損壞），維護成本高，初步報價為226萬元。

上述兩種方案系統復雜，費用較高，實施時間較長。為此根據裝置實際情況，經分析研究，采用增加潤滑油壓低低自保聯鎖延時、FS 抗晃電延時模塊及潤滑油總管增加蓄能器的綜合性抗晃電技術改造方案。

三、主風機組油泵抗晃電改造

1.增加潤滑油壓低低自保聯鎖延時

2011年2月，在不停機情況下，對“ 機組潤滑油壓低低聯鎖停車增加1.2s 延時功能” 進行現場施工。主要施工內容有：對ITCC 機組控制系統中“ 油壓低低”聯鎖信號“ 三取二”邏輯后，增加1.2s 延時邏輯。晃電時備用油泵啟動時油壓恢復需要時間，當1.2s 內油壓恢復到停車報警值以上，“ 主風機潤滑油壓低低”自保聯鎖不啟動，機組能繼續穩定運行；當1.2s 內油壓不能恢復到停車報警值以上，“ 主風機潤滑油壓繼續低低”繼續報警，自保聯鎖將啟動，機組停車。主風機組潤滑油系統設置有高位油箱，1.2s 不會影響機組軸承潤滑及安全運行。

2.增加FS 抗晃電延時模塊

2011年催化裝置大修期間，采用廣東邦浦電氣有限公司生產的FS-MD 延時模塊替代PMC550 低壓綜保實現油泵抗晃電。該方案核心內容是電網晃電時通過延時模塊內部電源保持交流接觸器不釋放，晃電結束后電機恢復正常運行。優點是減少了0.11s 等待時間（晃電時運行泵交流接觸器釋放時間0.01s，電機再啟動時交流接觸器重新吸合時間0.1s，則共有0.11s 時間必須等待，加上電網晃電時間，電機轉速會下降過多，導致“ 油壓低低”停機，因此0.11s 對于機組油泵非常寶貴），為油壓恢復正常贏得了時間，降低了油壓低低停機概率。

3.增加蓄能器組

主要在潤滑油總管增加一組蓄能器，按照能夠滿足總管油壓由0.26MPa 下降到0.12MPa，不小于4s的要求進行設計（API標準為≥4s）[1]。

式中 V0——蓄能器總容積，L

Vm——有效工作容積，L

P0——蓄能器充氣壓力，MPa

P1——停車聯鎖油壓（潤滑油壓低低），MPa

P2——總管正常油壓，MPa

以停車聯鎖值核算，即如果系統不存在泄漏，總管油壓由0.26MPa 下降到0.12MPa，機組停車時間為4s，則Vm=4Q，其中機組需要油量Q=23.5L/s（主風機組設計數據），得出Vm=4×23.5=94L。該主風機組P0=0.144MPa，P1=0.12MPa，P2=0.26MPa，將各值代入公式（1），得出V0=194.3L，考慮到一定安全裕量，在潤滑油系統增加4 臺63L 氣囊式蓄能器。

四、改造效果

上述技術措施實施后，提高了主風機組潤滑油系統壓力穩定性以及抗晃電能力，成功避免了多起晃電事故，大幅降低了催化裝置發生非計劃停工事故的可能性。

（1）實施自保延時改造后，烯烴事業部催化裝置受到三次電網晃電的沖擊，但主風機組油泵保持安全運行，機組運行未受影響，停機和非計劃停工的風險已大為降低。2011年4月3日14∶34∶18，因外電網110kV 晃電，導致烯烴事業部總降6kV 系統兩段同時晃電，一聯合共有8 臺低壓電機因電網晃電跳停。主風機潤滑油壓力在晃電時最低達到0.189MPa，未達到聯鎖停機值。可見采用合適的自保聯鎖延時，能夠避免油泵切換時油壓瞬間低于自保值帶來的停車風險。同年4月20日00∶48，電網110kV出線C 相接地短路，造成公司35kV 電網電壓波動，未對催化裝置產生影響。同年6月9日，催化裝置遇特大雷暴雨襲擊，部分機泵跳停，主風機機組油泵保持安全運行，未受影響。

（2）改造后電氣、儀表、工藝三個專業聯合調試，停二次回路電源，模擬3s 內電網晃電，運行泵再啟動，同時備用泵自啟動，油壓正常。

（3）2011年大修完成，主風機組開車前蓄能器延時試驗反映，總管油壓從0.253MPa 降至0.192MPa 共需3s，降至停車值0.12MPa 共需4s （改造前試驗總管油壓從0.258MPa 降至0.081MPa 則約需1s）。

1 成大先等.機械設計手冊第5 版第5 卷.化學工業出版社.