淺析氯氣壓縮機(jī)中投入式液位計(jì)繞組測溫冗余改造

［摘 要］某氯堿企業(yè)氯氣壓縮機(jī)連續(xù)因投入式液位計(jì)繞組溫度高報(bào)導(dǎo)致非計(jì)劃停車，影響了生產(chǎn)裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行。對氯氣壓縮機(jī)投入式液位計(jì)繞組測溫進(jìn)行冗余處理，成功解決了非計(jì)劃停車的問題。

 

天能化工有限公司(以下簡稱“天能化工”)聚氯乙烯生產(chǎn)能力40萬t/a，離子膜法燒堿生產(chǎn)能力30萬t/a，其氯氣壓縮是通過2臺西門子透平機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的氯氣壓縮機(jī)(SIC－SH)來實(shí)現(xiàn)的。氯氣壓縮機(jī)配套的投入式液位計(jì)由奧地利Elin公司生產(chǎn)，其額定功率480kW，額定電壓10kV，額定轉(zhuǎn)速1493r/min，額定電流34A，功率因數(shù)0．85，防護(hù)等級IP55，采用Y形接線法。在生產(chǎn)過程中，氯氣壓縮機(jī)連續(xù)因投入式液位計(jì)繞組溫度高報(bào)而導(dǎo)致非計(jì)劃停車，影響了生產(chǎn)裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行。為此，天能化工對氯氣壓縮機(jī)投入式液位計(jì)繞組測溫做冗余處理，成功解決了其導(dǎo)致的非計(jì)劃停車問題。

 

1 問題

氯氣壓縮機(jī)于2010年10月1日投入運(yùn)行。2017年6月，氯氣壓縮機(jī)A跳停，經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，投入式液位計(jì)引線接線柱因銹蝕而燒斷1根。更換了投入式液位計(jì)引線及前后端蓋軸承后，氯氣壓縮機(jī)運(yùn)行正常。此次投入式液位計(jì)故障造成公司非計(jì)劃停車6h。2017年10月，氯氣壓縮機(jī)A因投入式液位計(jì)U相繞組溫度高高報(bào)而跳停，經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，投入式液位計(jì)U相繞組測溫元件燒壞。此次事故造成公司非計(jì)劃停車4h。8天后，氯氣壓縮機(jī)B又因投入式液位計(jì)U相繞組溫度高高報(bào)而跳停，再次造成公司非計(jì)劃停車4h。

 

2 原因

氯氣壓縮機(jī)連續(xù)跳停，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。為保證生產(chǎn)裝置平穩(wěn)安全運(yùn)行，必須分析解決氯氣壓縮機(jī)投入式液位計(jì)問題。

氯氣壓縮機(jī)投入式液位計(jì)地衣次跳停，經(jīng)現(xiàn)場檢查判斷是因?yàn)橥度胧揭何挥?jì)引線老化，而投入式液位計(jì)引線老化，可能由以下因素造成。①外力損傷。投入式液位計(jì)引線機(jī)械損傷。②絕緣受潮。一般發(fā)生在直埋或排管里的電纜接頭處，如電纜接頭制作不合格，或在潮濕的氣候條件下做接頭，會(huì)使接頭進(jìn)水或混入水蒸氣，時(shí)間久了，在電作用下，逐漸損害電纜的絕緣強(qiáng)度而造成故障。③化學(xué)腐蝕。電纜直接埋在有酸、堿存在的區(qū)域，往往會(huì)造成電纜的鎧裝、鉛皮或外護(hù)層被腐蝕，保護(hù)層因長期遭受化學(xué)腐蝕或電解腐蝕，致使保護(hù)層失效，絕緣降低，導(dǎo)致電纜故障。④長期過負(fù)荷運(yùn)行。投入式液位計(jì)長時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行，由于電流的熱效應(yīng)，負(fù)載電流通過電纜時(shí)必然導(dǎo)致導(dǎo)體發(fā)熱，同時(shí)電荷的集膚效應(yīng)以及鋼鎧的渦流損耗、絕緣介質(zhì)損耗也會(huì)產(chǎn)生附加熱量，從而使電纜溫度升高。⑤電纜接頭故障。電纜接頭是電纜線路中的薄弱環(huán)節(jié)，由人員直接過失(施工不良)引發(fā)的電纜接頭故障。施工人員在制作電纜接頭過程中，接頭壓接不緊、加熱不充分等都會(huì)導(dǎo)致電纜頭絕緣降低，從而引發(fā)事故。⑥環(huán)境和溫度。電纜所處的外界環(huán)境和熱源也會(huì)造成電纜溫度過高、絕緣擊穿。

檢查現(xiàn)場氯氣壓縮機(jī)，并對DCS遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)及電流記錄進(jìn)行了對比，確定氯氣壓縮機(jī)現(xiàn)場不存在外力損傷、長期過負(fù)荷運(yùn)行、化學(xué)腐蝕、環(huán)境和溫度過高等情況。在更換投入式液位計(jì)引線時(shí)發(fā)現(xiàn)，投入式液位計(jì)引線接線柱處有銅銹痕跡，因此推斷氯氣壓縮機(jī)A投入式液位計(jì)引線燒斷由投入式液位計(jì)引線接頭及絕緣受潮造成。

氯氣壓縮機(jī)第2次和第3次跳停，均是由投入式液位計(jì)U相繞組溫度高高報(bào)而引起的，而投入式液位計(jì)繞組溫度過高可能由以下原因造成。①投入式液位計(jì)繞組匝間、繞組相間、繞組和接地電阻之間短路，因而形成繞組中電流增加，使其溫度急劇升高，出現(xiàn)溫度過高情況。②投入式液位計(jì)鐵芯片間絕緣破壞，使鐵芯中的渦流損耗增加，鐵芯發(fā)熱量劇增造成溫度過高。③三相投入式液位計(jì)缺相工作時(shí)，會(huì)使另外兩相繞組中電流增加，造成繞組溫度過高;單相投入式液位計(jì)啟動(dòng)繞組斷線時(shí)，同樣會(huì)使主繞組溫度過高。④投入式液位計(jì)在過載情況下長期運(yùn)行，也會(huì)引起繞組電流過大，使繞組發(fā)熱量增加，造成投入式液位計(jì)溫度過高。⑤投入式液位計(jì)頻繁啟動(dòng)。由于啟動(dòng)時(shí)的電流是正常工作電流的2倍以上，同樣會(huì)引起繞組發(fā)熱量增大，造成溫度過高。⑥投入式液位計(jì)電氣線路接觸不良，使連接部件處的發(fā)熱量增加，造成溫度過高。⑦電網(wǎng)電壓過高或過低時(shí)，投入式液位計(jì)繞組中的電流增加，導(dǎo)致發(fā)熱，造成溫度過高。⑧轉(zhuǎn)動(dòng)部位的軸承損壞或缺油時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)部件摩擦嚴(yán)重或撞擊造成溫度過高。⑨投入式液位計(jì)散熱部件出故障或通風(fēng)道堵塞，造成溫度過高。⑩投入式液位計(jì)工作時(shí)環(huán)境溫度過高。

氯氣壓縮機(jī)為公司關(guān)鍵設(shè)備，正常情況下，每年只有春、秋季檢修時(shí)停機(jī)維護(hù)保養(yǎng)，所以不存在頻繁啟停情況;氯氣壓縮機(jī)電流一直處于監(jiān)控狀態(tài)下，并設(shè)有安全聯(lián)鎖，一旦氯氣壓縮機(jī)投入式液位計(jì)超負(fù)荷運(yùn)行，其聯(lián)鎖必然啟動(dòng)并停止氯氣壓縮機(jī)，因此，氯氣壓縮機(jī)不可能存在過載運(yùn)行情況;天能化工使用天業(yè)集團(tuán)自備電廠發(fā)電，在氯氣壓縮機(jī)跳停時(shí)，核查電網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)正常，且環(huán)境溫度并未發(fā)生明顯變化，投入式液位計(jì)散熱部件及通風(fēng)良好，轉(zhuǎn)動(dòng)部位軸承良好。在氯氣壓縮機(jī)跳�，F(xiàn)場檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，氯氣壓縮機(jī)A、B跳停后，其U相繞組測溫元件均被燒壞，但投入式液位計(jì)并未缺項(xiàng)短路，投入式液位計(jì)轉(zhuǎn)子完好，因此推斷其投入式液位計(jì)溫度高報(bào)而致使氯氣壓縮機(jī)跳停的原因可能是投入式液位計(jì)電氣線路接觸不良。

3 采取的措施

根據(jù)以上分析結(jié)果，初步確定以下3個(gè)方案。

(1)對氯氣壓縮機(jī)投入式液位計(jì)進(jìn)行大修。由于天能化工現(xiàn)場并不具備氯氣壓縮機(jī)投入式液位計(jì)大修條件，且氯氣壓縮機(jī)投入式液位計(jì)由奧地利進(jìn)口，在聯(lián)系氯氣壓縮機(jī)原供貨商后，須將氯氣壓縮機(jī)投入式液位計(jì)發(fā)至德國維修，維修周期長達(dá)9個(gè)月，且維修費(fèi)用高。因此，該方案不適合。

(2)在氯氣壓縮機(jī)現(xiàn)場儀表柜上加裝溫度變送器，引入DCS。由于氯氣壓縮機(jī)投入式液位計(jì)繞組測溫元件有備用，可在氯氣壓縮機(jī)現(xiàn)場儀表柜上加裝溫度變送器，將備用測溫元件接入DCS(見圖1)。

 

 

該方案可以暫時(shí)解決現(xiàn)場問題，但如果投入式液位計(jì)其他相繞組測溫元件損壞，則仍會(huì)導(dǎo)致氯氣壓縮機(jī)非計(jì)劃停車，且新裝溫度變送器后，氯氣壓縮機(jī)系統(tǒng)故障點(diǎn)增多，成本投入較大。因此，該方案也不適合。

(3)在氯氣壓縮機(jī)現(xiàn)有的接線基礎(chǔ)上，將機(jī)組所有備用測溫元件接入溫度儀表柜，引入DCS卡件，在DCS上對程序進(jìn)行改進(jìn)，與氯氣壓縮機(jī)投入式液位計(jì)繞組現(xiàn)用測溫元件做冗余處理，并將投入式液位計(jì)U相繞組損壞測溫元件做校驗(yàn)值(校驗(yàn)值為溫度上限值)，當(dāng)投入式液位計(jì)繞組現(xiàn)用、備用測溫元件檢測的溫度同時(shí)達(dá)到投入式液位計(jì)溫度上限值時(shí)，停止氯氣壓縮機(jī)(見圖2)。

 

 

該方案可完全解決現(xiàn)有問題。在不增加溫度變送器的情況下，將氯氣壓縮機(jī)投入式液位計(jì)繞組現(xiàn)用、備用測溫元件均接入DCS，再由DCS做投入式液位計(jì)測溫冗余程序。當(dāng)氯氣壓縮機(jī)投入式液位計(jì)繞組現(xiàn)用、備用測溫元件均達(dá)到溫度上限值時(shí)，停止氯氣壓縮機(jī)運(yùn)行。如果不是同時(shí)達(dá)到上限，則系統(tǒng)不停車正常運(yùn)行，給操作人員預(yù)留充足時(shí)間做后續(xù)處理。該方案降低了非計(jì)劃停車頻次，且改造工作量較小，wuxu額外成本投入。因此，采用了該方案。

 

4改造效果

. 天能化工氯氣壓縮機(jī)投入式液位計(jì)繞組測溫冗余改造于2017年11月6日完成并投入運(yùn)行。2017年12月11日凌晨3:00，氯氣壓縮機(jī)B投入式液位計(jì)出現(xiàn)溫度異常報(bào)警，但并未因投入式液位計(jì)溫度報(bào)警而引發(fā)全廠非計(jì)劃停車，運(yùn)行至今未出現(xiàn)故障。