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一起氮气透平压缩机联锁停机故障分析探讨

唐剑，万洪文

（方大特钢科技股份有限公司制氧厂，江西 南昌 330012）

摘 要：一起空分设备配套的氮气透平压缩机（简称氮透）发生联锁停机故障，表面原因是空分产品氮气进氮透压力低，实际因素有：空分产品氮气流量计量偏差、操作人员对自动控制设定参数没有复位、管理缺陷等。在分析原因的基础上，提出了改进措施。

关 键 词：氮压机；联锁停机；原因分析

1 引言

方大特钢科技股份有限公司16300 m3/h空分设备配套了一台英格索兰的中压氮气透平压缩机。该压缩机自带了一套微处理装置进行自动控制，微处理装置通过R485通讯接口与空分设备配套的DCS系统通讯，在DCS上显示压缩机的工作状况。压缩机的操作为一键式（即：开机时，仅需按一下自带控制系统的“启动键”，设备就启动，并自动完成加载、自动调节等功能；停机时，只要按一下自带控制系统的“停止键”，设备就自动完成卸载，最后自动停机）；压缩机的联锁停机由两部分因素构成，一是设备自身参数越限（如油压过低、振动过大、轴温过高等），二是外部紧急停机操作或吸入气体压力过低，两个条件之一满足，压缩机就联锁停机。

2010年12月28日19:29，氮透突发联锁停机故障，查DCS上的运行记录，操作人员很快就发现产生联锁停机的原因———压缩机进口气体压力过低。对比操作过程、压缩机进口气体压力过低结果，操作人员比较困惑。为此组织人员进行专项分析，现将分析情况介绍如下。

2 故障分析

2.1 压缩机压缩氮气来源流程简介

图1为氮气出塔流程简图。

从图中可以看到，出塔氮气分为三路，控制三路气体流量的阀门均为调节阀，V107、V108为手动远程控制，V105为自动控制。在生产运行时，三个阀的工作状况分别是：

（1）V108全开，起到连接空分设备与氮透的作用。

（2）V105受氮气出塔流量FIQC103控制，当氮气流量小于设定值时，阀门自动打开；当氮气流量大于设定值时，阀门自动关闭，以保证一定的氮气量出空分塔，空分塔的上塔不至于因氮气的排出量过小而超压，保证空分装置的安全。

（3）V107处于一适当开度。

V107的操作调整根据两方面进行：一视氮透输出的最终压力变化，作小范围的调整，以保证氮透的压缩量；二视氮气出塔流量变化，作小范围的调整，以稳定氮气出塔量，继而保证空分设备中氩系统工况的稳定。

2.2生产变化、操作对策、参数变化情况

2010年12月28日8:00始生产一线检修，氮气用量下降，氮透背压升高，氮气由氮透防喘阀自动放散。为保持出塔氮气的稳定、增加空分设备的安全性，操作人员适当开大了V107阀，同时将V105调节器的设定流量由21000 m3/h调整为21400 m3/h。

2010年12月28日17:30始，一线的检修逐渐恢复，操作人员发现氮气用量增大，管道背压下降，氮透进气压力下降，为保证氮透正常工作，采取关小V107提高出塔氮气压力的方法，此时由于空分设备氩馏份含量在快速下降，操作人员集中精力对氩馏份参数进行调整，并使其基本正常。

19:10，操作人员在抄写空分装置各点参数时发现：氮透导叶由正常58%上升到100%开度，氮透进气压力很低。于是全关 V107，进气压力仍没有改善，同时V105不断自动打开直至全开，氮透出现联锁停机故障。

氮气出塔流量FIQC103低于设定值时，V105才会自动打开，空分设备工况正常，且V107关闭，FIQC103的流量应高于设定值，调出FIQC103、V105记录曲线，发现随着V105打开，FIQC103的值呈下降趋势，出现了阀门开度对应流量变化与理论不符的异常结果。

2.3 参数异常原因分析

V107关闭，V105如果不打开，低压管网PI103压力肯定是上升的，氮透就不会因进口压力低联锁停机。V105 自动打开就是因为 FIQC103 指示值与实际流量存在不符。

2.3.1 查FIQC103

设计说明书、流量计算程序、自动控制设置方案

（1）FIQC103设计说明书显示：设计压力为0.014 MPa（表压）、设计温度为 24 ℃、流量范围为0～22000 m3/h。压力测量仪表为EJA压力变送器，量程0~30 kPa；温度测量仪表为Pt100热电阻；流量测量一次仪表为威力巴，测量威力巴差压所用测量仪表为罗兹蒙特差压变送器，量程为0~425 Pa。

（2）FIQC103流量计算程序显示：带温度、压力自动补偿。

（3）自动控制设置：主机厂设计说明书显示设定流量为19000 m3/h；实际日常操作设定流量为21000 m3/h；出现联锁停机时设定流量为21400m3/h。

从上面三点可以看到，自动控制设置（即控制V105的调节器） 的给定值与主机厂设计偏差较大，与流量计最大量程比较接近，在工况变化较大时，很可能满足不了控制要求。

2.3.2 查出塔氮气运行参数

正常运行时，氮气出塔参数一般是：氮气流量FIQC103约21000 m3/h；氮气出塔温度TIA103约20 ℃；氮气出塔压力约10 kPa（表压力）。

通过DCS查19:00左右的生产运行状况，发现19:06分，空分装置的两台分子筛开始并联工作，由于分子筛并联工作的特性——进塔空气温度由14.5℃升高到32.5 ℃，氮气与进塔空气经板式换热器换热后，氮气出塔温度TIA103明显上升（由18.7 ℃上升到27.5 ℃）。在V105闭打开过程中，氮气出塔压力PI103由7 kPa逐渐下降到0 kPa，流量亦由21500 m3/h左右一直下降到20600 m3/h左右。

2.3.3 分析阀门开度对应流量变化与理论不符原因

从DCS程序可以看到：氮气出塔流量FIQC103是带温度压力补偿的，氮气出塔流量公式为：

表1为三种工况时，仪表所能显示的最大流量表格。对比氮气出塔运行的正常参数、表1中三种工况的计算结果，可以发现温度、压力的变化对流量显示的影响是明显的，表1中序号3是氮透联锁停机时的实际工况，这时FIQC103流量的最大显示值只有20753 m3/h，小于设定值（21000 m3/h），V105阀将自动打开，继而使氮气出塔压力越来越低，仪表显示的最大流量就变更小了。

3 改进措施

3.1 修改FIQC103

指示的最大值将氮气流量FIQC103最大量程修改为25000m3/h。一是在DCS上将FIQC103指示范围更改为0～25000m3/h；二是将测量威力巴差压变送器的量程改为0～548.8Pa。其中测量威力巴差压变送器量程计算方法为：

3.2 强化操作管理

本次氮压机联锁停机的另一原因是：操作人员没有将V105调节器的设定值由21400m3/h改回至21000m3/h。从表1计算结果可以看到，如果进行了操作复位，很可能不会出现这次停机故障。加强操作管理、强化岗位职能是减少事故的有效途径之一。

4 小结

新设备投运后，操作人员根据机组的实际工况，将V105控制设定值进行了较大的调整，满足了工艺需求，但一定程度上影响了控制系统的性能。设备运行3年多，有过数次临时停机，操作人员、维护人员一直没有沟通，如果及时沟通、调整，类似故障出现的概率将大大降低。