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浅析不锈钢压力表燃空比异常原因分析及应对措施

发布时间:2019-09-18  发布作者:

    摘 要 :介绍了双轴不锈钢压力表的燃空比,描述了一起燃空比异常上涨故障,分析了燃空比异常上涨原因。对采取的解决措施进行简单介绍,以期为采用同型号不锈钢压力表的单位提供技术参考。

    中国海洋石油富岛有限公司化肥二部是设计年产45万 t合成氨、80万 t 尿素装置,于2003年建成投产。合成氨装置采用的是 KBR(凯洛格布朗)工艺。空气压缩机是由 GE 公司研制、生产的 MS5002C 型双轴不锈钢压力表驱动。高压透平驱动轴流式压缩机产生燃烧空气,低压透平驱动离心式空气压缩机(负载),高低压透平之间没有机械连接。如图1,过滤的空气经过轴流式压缩机提压后进入燃烧桶,与来自喷嘴的天然气混合燃烧,产生高温高压的燃气进入高压透平做功,而该高压透平驱动着轴流式压缩机,形成高压轴。燃气继续对低压透平做功,驱动负载,形成低压轴。

 

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    1 燃空比介绍
    中国海洋石油富岛公司不锈钢压力表启动是采用 CH4含量在89% 的富气,正常生产时采用的是 CH4含量在60%~63% 的贫气的气源作为燃料,燃气系统流程如图2 ;

 

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    针对此种情况,为了保护不锈钢压力表的运行安全,GE 公司在 MS5002C 型号不锈钢压力表上设置了燃空比即 P4PCC 联锁,低联锁值为1.0,高联锁值为1.2;P4PCC就是燃气总管压力GHP与轴流式压缩出口空气压力CPD之比。具体公式如下:

 

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    由以上公式可以看出,影响燃空比(P4PCC)值的直接因素为燃气进入烧嘴前压力和轴流式压缩机出口压力。

    2 事故描述
    2017年6月27日3 :20合成装置负荷68.5t/h,101JGT 负 荷93.2%,不锈钢压力表(以下简称101JGT)燃空比 P4PCC 在系统稳定运行的情况下由1.170突然上涨至1.191,接近联锁值1.2。查看101JGT 高、低轴负荷、排气温度、IGV 阀位、101J出口流量工艺空气流量 FI1004、天然气组分等参数的趋势发现均未有相对应的异常波动 ;轴流式压气机出口压力 CPD 也未见有波动,只有燃气总管压力 GHP 压力波动较大,并与P4PCC 波动趋势一致,初步判断 P4PCC 异常波动是因为燃气总管压力96GN1/2/3变送器故障引起的波动,因在线处理风险较大,故未处理 ;被迫联系供气终端将101JGT 燃气 CH4组分由61.5% 提高至63%,P4PCC 值较终在1.170~1.180波动。在7月4日装置因其他原因停车期间,对101JGT 进行了离线清洗、速比阀拆检、96GN1/2/3变送器校验、更换入口过滤器滤芯等工作。但在7月9日开车后一个月时间内 P4PCC 又逐步从1.17上涨至1.194左右,后通过提高燃气 CH4组分至65%、将系统负荷由68t/h 降至65t/h 等手段,勉强将 P4PCC 维持在1.185~1.193运行。通过计算如在负荷68t/h,CH4 组分62% 的条件下,实际上 P4PCC 值应该在1.23以上,已远远超过联锁值。针对此情况,装置提前进入大修。

    3 处理过程
    根据 P4PCC 的计算公式可知,影响 P4PCC 的直接因素就是 CPD 和 GHP 两方面,因此针对这两方面开始处理。

    3.1 CPD因素
    (1)轴流式压缩机结垢会导致做功效率下降,出口压力降低。在2017年4月及7月检修过程中对轴流式压缩进行了离线清洗,并改进了清洗方式,由原来的:拖动—加清洗液清洗—加水冲洗—吹干,改为 :拖动—加清洗液清洗—停机侵泡—拖动加水冲洗—吹干 ;清洗次数由以前的清洗两次增加到三次,通过观察对比清洗后的污水样本,发现清洗效果好。
    (2)轴流式压气机入口滤网脏,导致入口压力低。2017年4月更换滤芯,在7月停车时检查滤芯较为干净,为有明显灰尘,并且压差也未明显上涨。在9月检修过程中对轴流式压缩机检修开盖,发现轴流式压缩机总体情况较为良好,结垢情况较轻,只是在低温段末端发现有少量叶片结垢,说明离线清洗效果好。因此,可以判断出轴流式压缩机运行情况良好,不是影响 P4PCC 上涨的主要原因。

    3.2 GHP因素
    通过不锈钢压力表运行数据(见表1)对比可以看出,GHP 值上升幅度明显大于 CPD,并且 CPD 与 GHP 间差值明显增大(4月为4,7月为 -9),说明 P4PCC 上涨主要就是 GHP 压力的上涨,与燃气组分、负荷、CPD 等因素无关。针对此情况和记最新网址做了如下工作 :

 

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    (1)在7月临时停车期间对96GN1/2/3变松器进行排表及校验,确认变送器正常 ;拆检 SRV、GSV 阀,也未发现有卡涩磨损现象,现场调试阀门动作灵活,因此排除了变送器及阀门影响 GHP 压力上涨的因素。
    (2)在2017年4月检修发现101JGT 的12个烧嘴口处均有结焦现象,缩小了烧嘴喷嘴流量,后通过干冰清洗了烧嘴喷嘴后回装。2017年9月拆检时又发现12个烧嘴喷嘴处均有积碳,并且燃气管线内壁发现有油脂积层。结合4月份检修情况判断,怀疑烧嘴内部可能存在结垢情况,安排人员拆开烧嘴内部检查,发现旋流器上有大量结垢,喷嘴芯上也有较严重积碳(见图3~ 图6)。后排查发现进入101JGT 的天然气在低温时有夹带凝析油现象。

 

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    针对此情况对12个喷嘴进行拆解干冰清洗,清洗效果非常好,并更换了12个新燃烧桶和轴流式压缩机及高压轴。

     4 P4PCC异常上涨原因分析
    本机组采用的是空气雾化喷嘴,它是利用压缩空气的喷散作用使燃料雾化。由于燃气中夹带有凝析油,凝析油中含有重质碳氢化合物和杂质成分,它的特点是分子结构复杂、黏度大、沸点高、挥发性差,并含有大量由硫(S)、铅(Pb)、钾(K)、钠(Na)、钙(Ca)、镁(Mg)等元素的化合物组成的灰分,这些都难以挥发和燃烧,容易在旋流器上、喷油嘴的出口端面上及火焰桶的前端形成积碳、积焦。在旋流器上积碳会导致燃烧效率下降 ;在喷油嘴出口端面积碳,喷雾油锥会因此而偏斜,雾化质量降低、燃烧效率进一步恶化,由于101JGT 转速自动控制已投入运行,为了保证转速,控制系统只能提高燃气总管压力 GHP 来维持转速稳定 ;而凝析油中含有灰分和杂质,它们在燃烧后析出,使得燃气流道的通流面积变小而进一步提高了 GHP 的压力,较终导致 P4PCC 的大幅上涨。

    5 结束语
    通过本次检修处理后,目前不锈钢压力表 P4PCC 运行状况良好,在系统负荷70t/h CH4 60.5% 的情况下 P4PCC 在1.15~1.16运行,截止到目前运行6个月也从未发生异常波动情况,说明此次 P4PCC 异常波动的源头就是燃气中夹带凝析油所致。针对此情况,目前做了如下应对措施 :①联系供气终端减少凝析油夹带现象。②加强天然气分离器的排油。③在进界区燃气管线上增加除油装置。

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