Опыт применения компрессорного оборудования на НПЗ

Содержание лекции

Введение. Общие сведения и понятия по динамическому оборудованию - на примере поршневой компрессорной установки АО «Сибур-Нефтехим», г. Дзержинск.

Опыт эксплуатации и отказы нагнетателей типовых установок АО "РНПК", работающих на водородных катализаторах:

  • диффузор воздуходувки на установке каталитического крекинга фракционирующей (УККФ);

  • центробежный водородный компрессор 02-ЦК-1 на установке изомеризации «Изомалк-2-ЛИН-800».

Краткое содержание.

Введение. Общие сведения и понятия по динамическому оборудованию - на примере поршневой компрессорной установки АО «Сибур-Нефтехим», г. Дзержинск.

Динамическое оборудование (компрессоры, насосы, воздуходувки)/нагнетатели

Под наименованием компрессор (насос) понимается:

  • компрессорный (насосный) агрегат с приводом (например электродвигателем),

  • с обвязкой трубопроводов, сосудов давления (например демпферы пульсаций, межступенчатые газоохладители),

  • арматурой, предохранительными клапанами,

  • системой смазки, системой охлаждения, гасителем пульсаций

  • и системой управления. т.е. электрооборудованием управления и автоматики

Современный газовый компрессор является главной и центральной частью интегрированной системы, которая включает в себя: двигатель, охлаждающие элементы, трубопроводы и другие компоненты. Инженеры разрабатывают такие системы по техническим заданиям с учетом требований стандартов, специальных технических требований промышленной безопасности. Так, например, требования стандартов API-617, API-618 распространяются на центробежные и поршневые компрессоры нефтехимической промышленности. В России - этотребования Технических регламентов Ростехрегулирования(ГОСТы), стандарты ассоциаций, требования Ростехнадзора в виде Федеральных норм и правил промышленной безопасности (ФНП ПБ).

Примеры графического изображения компрессора, примеры документации и фотографии представлены ниже.

лаб

РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ И ОБСЛУЖИВАНИЮ

ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР ВЕРТИКАЛЬНОГО ТИПА

KSVGNL-3, 1050KW КОМПРЕССОР ГАЗОВОЙ СМЕСИ

ЗАКАЗЧИК:ОАО«СИБУР-НЕФТЕХИМ»

НАИМЕНОВАНИЕПРОЕКТА:ПРОИЗВОДСТВОЭТИЛЕНАОКСИДАИГЛИКОЛЯ

ПОЗ. №: C-320

180-12, OKOG-RI, CHILWON-MYON, HAMAN, GYEONGNAM, KOREA

лаб

Рис - Общий вид поршневой водородной компрессорной установки.


лаб

Рис.- Компрессорная установка АО «Сибур-Нефтехим», производство окиси этилена и гликолей, г. Дзержинск Нижегородской обл., 2017 г.

АО " Опыт эксплуатации и отказы нагнетателей типовых установок РНПК":

  • диффузор воздуходувки на установке каталитического крекинга фракционирующей (УККФ);

Как показывает практика, основными причинами выхода из строя компрессорного оборудования являются:

  1. несоблюдение правил эксплуатации компрессора;
  2. неправильный выбор комплектующих, которые были использованы при монтаже и ремонте;
  3. повышенный уровень вибрации;
  4. нарушения фундамента;
  5. несвоевременная замена быстроизнашивающихся узлов и деталей;
  6. естественная выработка ресурса агрегата

лаб

Рис. – Общий вид установки каталитического крекинга фракционирующей (УККФ).

При пуско-наладочных работах воздуходувки на установке каталитического крекинга фракционирующей (УККФ) произошло разрушение чугунного диффузора. Согласно представленных сертификатов литые детали изготовлены из чугуна марки СЧ 15 и соответствуют требованиям ГОСТ 1412-85 по химсоставу и механическим свойствам, а для снятия напряжений прошли соответствующую термообработку.

Анализ выполненных исследований показал, что акустические характеристики чугуна превышают критические значения по временному сопротивлению (менее 130 МПа) и средней длине пластин графита (более 150 мкм):

  • временное сопротивление - сопоставление полученных данных с требованиями ГОСТ 1412 и особенно с данными сертификата показало, что полученный уровень временного сопротивления ниже значений, указанных для чугуна СЧ15;

  • значительная графитизация приводит к тому, что металл становится менее прочным с недопустимыми значениями временного сопротивления.

  • центробежный водородный компрессор 02-ЦК-1 на установке изомеризации «Изомалк-2-ЛИН-800».

В ходе проведения пуско-наладочных работ центробежного компрессора 02-ЦК-1 марки 6 RSA 36 HowdenCKDCompressors (на водороде) произошло  увеличение относительной вибрации и компрессор был остановлен. При разборке компрессора на роторе (фото ниже) обнаружено:

  • сколы и выкрашивание металла на лопатках рабочих колес 1,2,3;

  • вырывы металла на лопатках рабочих колес 3,4,5,6;

  • трещины и разрушение лопаток рабочего колеса 6;

  • отрывы небольших участков металла с торцевых поверхностей рабочих колес 5,6;

Характеристика и назначение объекта обследования

Центробежный компрессор 02-ЦК-1 предназначен для компримирования водорода на установке низкотемпературной изомеризации «Изомалк-2-ЛИН-800». Производительность компрессора 28782 кг/час; давление газа на всасывании 2.2 МПа, на нагнетании 3,63 МПа; температура газа на всасывании 400С, на нагнетании 97,20С. Спроектирован в соответствии с требованиями стандарта API 617.

лаб

Рис. - Ротор компрессора 02-ЦК-1 установки «Изомалк-2-ЛИН-800».

Ротор состоит из стального вала и шести титановых рабочих колес (диск с фрезерованными лопатками и приварной покрывающий диск). Рабочие колеса закрытого типа, сварные, с лопатками, фрезерованными из дисков. Диаметр рабочих колес 360 мм. Материал колес: Ti основа; Al 6,0% ;V 4,1% ; Fe 0,14% ; предел прочности 950 МПа; твердость 293-296 НВW (China, сертификат качества титана - серия № 12082101 от 21.08.2012 г.).

Внешний вид внутренних поверхностей дисков и лопастей представлен на фото ниже.Основная часть дефектов - на лопатках рабочего колеса.

лаб

Рис. - Вид внутренних поверхностей дисков и лопаток рабочего колеса.

Следует отметить, что использование титановых лопаток в компрессорах всегда связано с опасностью возникновению титановых пожаров, особенно при разрушениях лопаток. Проблемой применения титановых сплавов для дисков компрессоров также является возможное существенное снижение свойств материала в заготовках диска в хордовом и высотном направлениях по сравнению с паспортными данными материалов (данными сертификатов). Кроме того, недостатком является неоднородность свойств дисков и лопаток по областям заготовки.

Акустический, в частности ультразвуковой, контроль, как известно, является чувствительным методом обнаружения несплошностей в материалах. Он основан на исследовании процесса распространения упругих колебаний в материале проверяемой детали. При отсутствии несплошностей генерируемые излучателем акустические волны распространяются в контролируемом материале прямолинейно в виде расходящегося пучка. При нарушении сплошности происходит отражение, преломление и рассеяние волн. УЗК является обязательной операцией проверки деталей ответственного назначения, требует весьма ответственного подхода к её проведению и достаточной квалификации специально подготовленного для этого персонала. Практика УЗК изделий, изготовленных из титановых сплавов обычными методами горячей деформации и, как следствие, обладающих неоднородностью структуры, отличается повышенным уровнем акустических шумов. В настоящее время УЗК изделий ответственного назначения из жаропрочных титановых сплавов проводится с чувствительностью, обеспечивающей обнаружение в нем плоскодонного отражателя (искусственного дефекта) диаметром 0,8 мм.

Установлено, что наиболее опасным и трудно выявляемым дефектом титанового сплава является газонасыщенное включение (ГНВ), обладающее высокой степенью охрупчивания. Он характерен только для титановых сплавов, в особенности полученных из слитка двойного вакуумно-дугового переплава. ГНВ представляет собой область металла с повышенным содержанием азота (от 3,5 до 14,8 вес. % азота) и/или кислорода (до 2,5 вес. %) и имеющую кристаллическую структуру α-фазы. ГНВ является опасным, с точки зрения эксплуатационных свойств материала, дефектом, так как является хрупким и имеет твёрдость, в несколько раз превышающую твёрдость основного материала. Под воздействием эксплуатационных нагрузок в условиях циклического нагружения оно становится очагом роста усталостной трещины, трещина начинает расти, деталь разрушается.

К этому следует добавить, что при контроле особо ответственных изделий, имеющих достаточно сложную геометрию и высокую цену, невозможно обеспечить соответствие жестким критериям качества ручным контролем. Заведомо большие значения точности, непростые сплавы и высочайшие требования к качеству делают ручной контроль попросту невозможным. Для обеспечения налаженной организации автоматизированногоНК изделие помещается полностью в иммерсионную ванну постоянного акустического контакта, а высокоточный сканер прозвучивает 100 % изделия по заданной оператором 3-мерной модели (фото ниже).

Рис. - Установка контроля дисков УКД-1200, обеспечивающая автоматизированный УЗ-контроль дисков диаметром до 1200 мм 

Из вышеприведенных источников ясно, что технология изготовления дисков из титановых сплавов требует высокой культуры производства. Предъявляются наиболее жесткие требования к технологическому процессу по температурным и временным параметрам при получении заготовок. Контроль свойств по общепринятым критериям (по образцамиз припуска) не всегда отражает состояние материала внутри заготовки. Это заставляет жестко регламентировать технологию и вводить неразрушающий контроль 100 % объема чистового контура детали в заготовке, а также на стадии окончательно изготовленной детали.

Выводы:

  1. Основные зоны разрушений фрагмента рабочего колеса расположены на покрывном диске и участках сопряжения его с лопатками ( сквозные разрушения и зоны выкрашивания). Сварные соединения, выполненные электронно-лучевой сваркой имеют значительное количество дефектов. Как правило, такие дефекты связаны с нарушениями технологий на одном из этапов производства рабочих колес.

  2. Для пооперационного контроля технологии изготовления ротора с титановыми рабочими колесами и обнаружения дефектоврекомендуется применять автоматизированный иммерсионный ультразвуковой контроль, повышающий выявляемость дефектов.

Заключение.«Надо знать в десять раз больше того, что мы делаем»

Рассмотрены два примера по отказам динамического оборудования на двух установках НПЗ, это опасные производственные объекты, связанные с использованием больших объемов водорода.  Выводы однозначные: нужны новые технологии и новые подходы при изготовлении таких устройств. То есть «Надо знать в десять раз больше того, что мы делаем» - Ю.Б. Харитон. Коллеги называли это правило «критерием Харитона».Физик Харитон (ФТИ) был главным конструктором по разработке атомной и водородной бомбы, человек из рода «локомотивов», соратник Курчатова, Сахарова. "Дай Бог, чтобы те, кто идут после нас, нашли пути, нашли в себе твердость духа и решимость, стремясь к лучшему, не натворить худшего"

лаб

Академик Юлий Борисович Харитон у корпуса первой советской атомной бомбы РДС-1, в Политехническом музее корпус атомной авиационной бомбы РДС-12 стал памятником науки и техники, признан мемориальным объектом.

Вернуться к списку