0 前言
中国石油塔里木石化分公司年产45×104t合成氨，80×104t尿素项目。合成氨工艺空气压缩机选用德国AtlasCopco该公司生产的多轴离心式空气压缩机的驱动设备是杭州汽车生产的中压注汽冷凝汽轮机。该项目于2010年5月投入正常生产。2011年12月28日，在设备驾驶过程中，多轴离心式空气压缩机的喘振排气阀突然完全打开三次，切断了第二个炉的空气，导致除一个炉和脱碳装置以外的所有其他设备停止。为此，中国石油塔里木石化分公司成立了调查小组，调查分析事故，发现其影响因素，提出解决方案。
1 多轴离心空气压缩机简介
1.1 工艺描述
中国石油塔里木石化分公司多轴离心式空气压缩机由中压注汽冷凝汽轮机驱动，用于化肥合成氨装置，为二级炉提供燃烧转换空气。压缩机配有增速齿轮箱，中间齿轮箱安装在增速齿轮箱和汽轮机之间，以降低压缩机齿轮箱的输入速度。压缩机分为两部分，一部分由四级压缩组成，另一部分由两级压缩组成。水冷却器分别安装在各级出口的一部分。正常运行时，空气通过过过滤器压缩至1.42MPa（a），然后冷却到34.5°C，一部分空气作为仪表空气和尿素防腐空气抽出，另一部分进入压缩机二段，压缩至3.82MPa（a），进入二段炉。压缩机状态监测见图1。
图1
1.2 压缩机控制描述
在运行过程中，压缩机一、二段入口导叶（IGV）用于控制压缩机的流量和压力。例如，当压缩机的流量和出口压力增加时，应增加导叶开度，否则应减少。如果叶轮内的流量停滞和喘振，会对压缩机的机械部件造成很大的应力，因此压缩机的实际流量必须大于最小体积流量。在运行过程中，压缩机进入最小流量前，在分散控制系统中，自动打开喘振排气阀。（DCS）防装防哮喘振动控制系统，控制防哮喘振动排气阀的启闭，避免压缩机哮喘振动。
为了保证压缩机的稳定运行，多轴压缩机配备了一、二段防哮喘振动排气阀，由哮喘振动控制器自动控制防哮喘振动排气阀。稳定和不稳定运行的边界被称为哮喘振动线，这取决于温度、压力等多种因素。哮喘振动线有一定的安全余量该安全线称为排气线，与哮喘振动线平行。其安全余量为设计流量的8%，以确保压缩机的稳定和安全运行。见图2。
图2 压缩机喘振控制线
防哮喘振动排气阀和入口导叶控制压缩机流量。压缩机额定流量的30%由导叶调节控制，即压缩机额定流量可通过导叶调节从100%减少到70%。如果流量需要进一步减少，则只能通过调整喘振动排气阀的开度来实现。当压缩机流量>70%时，喘振动排气阀将自动完全关闭。当喘振动排气阀关闭时，导叶将从最小操作位置开始。
压缩机第二段额定流量的38%由第二段叶片调节控制，即额定流量可通过叶片调节从100%减少到62%。如果需要进一步减少流量，只能通过调整第二段叶片放空阀的开度来实现。当压缩机流量>62%时，叶片放空阀将自动完全关闭。当第二段叶片放空阀关闭时，第二段叶片将从最小操作位置开始打开。
压缩机的流量是通过导叶调节实现的，即一级导叶控制压缩机一段流量，五级导叶控制压缩机二段流量。
实际运行中，为防止压缩机喘振，同时在极端条件下能迅速全开喘振放空阀，压缩机喘振控制器要求设置在自动模式，根据AtlasCopco根据公司提供的压缩机使用手册，喘振流量设定值为3450m3/h，二级喘振流量设定值为175m3/h，当压缩机流量大于哮喘流量设定值时，哮喘放空阀自动关闭，当小于哮喘流量设定值时，哮喘放空阀自动打开。
对于压缩机一、二段出口压力，设置安全控制器，避免压缩机一、二段出口压力大于最大允许值，采用可编程逻辑控制器（PLC）控制，运行时应设置为自动模式。在极端操作条件下，当出口压力>1时.5MPa或两段出口压力>4.2MPa一、二段喘振放空阀会瞬间全开，反之亦然。
当汽轮机转速上升到最小转速时，5743r/m当时，压缩机可以在全自动模式下加载，并逐步增加操作图上一、二段出口压力的设定值。此时，喘振排气阀将首先逐渐关闭。全关闭后，进口导叶将逐渐打开并完成加载。当需要卸载时，降低一、二段出口压力的设定值，然后导叶开始逐渐关闭。当完全关闭时，喘振排气阀开始逐渐打开并卸载。
当汽轮机转速为5743时r/m当电磁阀失电时，一、二段喘振放空阀瞬间全开，导叶瞬间全关。
2喘振排气阀的突然全开因素及对策
通过以上分析，有两个因素导致压缩机第一段和第二段喘振排气阀瞬间完全打开：一段出口压力>1.5MPa或两段出口压力>4.2MPa；5743汽轮机转速r/m。
在合成氨装置的驾驶过程中，2011年12月28日，多轴离心空气压缩机一天内突然打开三个喘振排气阀，两个炉切断空气，导致除一个炉和脱碳装置以外的所有其他设备停止。
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2.1 原因分析
2.1.1 第一次喘振空气排放阀
2011年12月28日凌晨01∶04∶36合成气压缩机汽轮机TK431抽气时，多轴离心式空气压缩机一、二段喘振排气阀突然打开，造成机组甩负荷，其运行状态见图3。
图3
从图3可以看出，当汽轮机转速下降到5667时.6r/m转速已达5743r/m，压缩机哮喘放空阀突然打开，哮喘放空阀打开，由于压缩机突然负荷，汽轮机转速上升，1m最高转速为633r/m，但没有上升到汽轮机电子跳闸速度6645r/m，所以汽轮机没有跳。
调整中压蒸汽管网的压力、温度和多轴离心空气压缩机汽轮机转速的状态趋势后，发现01∶05∶27中压蒸汽管网蒸汽温度为392℃下降至258℃，汽轮机的转速下降到5609r/m，见图4。由于图3和图4在不同计算机屏幕上截取的图片，存在一定的时间误差。
图4 中压蒸汽压力、温度及汽轮机转速
合成合成气压缩机汽轮机TK431抽汽的温度记录发现，01∶05∶20合成气压缩机汽轮机TK431在抽汽系统中，抽汽线中的蒸汽温度为126.5℃，泵送后的温度为258.96℃，见图5。操作人员发现，泵送后，温度逐渐下降，难以控制，从而推断出减温水阀TV7046有内漏，会增加暖管的难度。
图5 TK431汽轮机抽汽温度状况
合成气压缩机汽轮机TK431在泵送前，由于操作人员没有很好地加热泵送管道，加上减温阀泄漏，增加了加热管道的难度泵送管道中的大量冷凝水立即进入中压蒸汽管网，使管网中的蒸汽温度迅速降至258℃，蒸汽温度的下降导致多轴离心空气压缩机汽轮机从5860转速r/m迅速下降到5743r/m下面，压缩机一、二段喘振排气阀突然打开。
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2.1.第二次哮喘放空阀全开
压缩机第一次喘振排气阀完全打开后，两段炉关闭空气，然后系统连锁反应导致合成气压缩机跳跃。此时，多轴离心式空气压缩机处于空载状态∶40∶20多轴离心式空气压缩机加压提升负荷∶1∶压缩机一、二段喘振排气阀突然打开，其运行状态见图6。
从图6可以看出，当压缩机提升负荷时，操作人员逐渐关闭一两个喘振排气阀，一个出口压力迅速上升。为此，操作人员立即打开喘振排气阀，但仍未抑制压缩机出口压力的上升，01∶41∶出口压力145.555MPa，其压力已＞1.5MPa，达到了压缩机喘振放空阀突然打开的条件，喘振放空阀打开，因压缩机突然甩负荷，汽轮机转速急速上升，01∶42∶01其转速达到6641r/m，汽轮机电子跳闸停车。
图6 压缩机运行状况
多轴离心空气压缩机出口阀FV2011年开启、压缩机出口流量和汽轮机转速趋势后，发现压缩机首次打开多轴离心式空气压缩机喘振排气阀后甩出负荷FV2011年立即关闭，阀门一直关闭，见图7。同时，调出压缩机出口副线阀的开度趋势后，发现阀门一直关闭。
图7 出口阀FV2011年启动，汽轮机转速
从以上分析可以看出，当多轴离心式空气压缩机加载压力时，其出口阀FV2011年，副线伐关闭，压缩机出口压力迅速上升，操作人员立即打开喘振排气阀，但压力继续上升至1.5MPa上述情况导致压缩机一、二段喘振排气阀突然打开，然后汽轮机转速迅速达到电子跳闸转速并跳车。
2.1.3 第三次喘振排空阀全开
2011年12月28日20∶18∶12合成气压缩机汽轮机TK431抽气时，多轴离心式空气压缩机一、二段喘振排气阀再次突然打开，造成机组甩负荷。
通过调查分析，原因与第一次喘振排气阀完全打开相同，由于合成气压缩机蒸汽轮机加热管不足，冷凝液立即进入中压蒸汽管网，使管网蒸汽温度大大降低，导致多轴离心空气压缩机蒸汽轮机转速降至5743r/m下面，哮喘放空阀突然打开。
2.2 解决措施
为防止此类事故再次发生，制定以下操作规定：
a）合成气压缩机汽轮机泵送前，操作人员应充分加热管道，打开导淋，将冷凝液清洗干净，温度>280℃后4-5，方可投汽。
b）为降低暖管难度，对减温水阀TV维修7046，避免内漏。
c）压缩机提负荷时，应充分沟通和联系压缩机岗位和转换岗位，严格防止压缩机出口阀FV2011年或副线阀未及时打开，导致压缩机压缩。
上述措施的实施有效防止了压缩机喘振阀突然全开的严重后果，保证了设备的长期运行。
3 结论
深入调查分析多轴离心空气压缩机一天三次突然打开的事故，找出事故原因，采取相应的解决方案：防止合成空气压缩机蒸汽温度低，影响多轴离心空气压缩机蒸汽速度，打开喘气排气阀，检查减温水阀运行状态，防止多轴离心空气压缩机出口过高，压缩机岗位与转换岗位密切配合，及时打开压缩机出口阀FV2011或副线阀，避免此类问题再次发生。
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