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炼化企业220万t/a连续重整装置 电加热器技术改造措施
来源:[曹武建 贯天罡] | 发布时间:2020-11-22 10:49:27

炼化企业220t/a连续重整装置电加热器技术改造措施

曹武建 贯天罡

中国石油大连石化公司,辽宁 大连 116031

摘要:介绍了某炼化企业220t/a连续重整装置电加热器的工作特性、工作原理和运行中存在的故障,对加热器故障的解决措施进行了重点阐述,加热器实施技术改造并以国产化替代后,取得了良好的效果。

关键词:加热器 故障接地 腐蚀 渗漏 速断保护

0引言

某炼化企业220t/a连续重整装置现有电加热器4台,设备工艺编号分别为F1440F1441F1442F14434台加热器容量从155kW773kW不等,所加热的工艺介质也大不相同。其中电加热器F1440功率为543kW,加热的工艺介质最为复杂,其中有烟气(部分含有为二氧化硫、水蒸气)、氧气、氮气等,工况条件最为恶劣,技术协议上表明该加热器工作温度在380410之间。该4台电加热器均为美国某公司生产,同时,该公司还提供了相应的4面配电柜。

1 加热器的工作特性

4台加热器工作特性相同,主回路采用交流380V电源供电,频率为50Hz。以电加热器F1440(功率为543kW)为例,该电加热器分为四大组,每大组功率为135.8kW,每大组电加热器又分别有36根电加热器管,12根电加热器管并接为1相,然后3相加热器组依次首末端相连,构成“△”型接线方式。其中每根电加热器外壳为金属套管,每根电加热器电功率为3.77kW,管内采用金属氧化物做为填充物,对加热电阻丝起到固定作用并使电阻丝与外壳金属套管有效隔离,起到绝缘作用。

管体制做成U”型,单体的电加热器首末端在同一方向上,并由法兰密封盘将这些加热器固定成一个整体,其外观形状犹如一个换热器芯,法兰密封盘端部为防爆接线箱,对应的配电柜主回路电源开关为1200A的低压塑壳断路器,为下端的配电设备及双电力线路、现场的电加热器提供短路、过载保护,是该套配电系统电气保护的后备保护。

接地故障保护是该套配电系统电气保护的主保护,四大组电加热器分别采用一套接地故障继电器,并由零序电流互感器为其提供动作的电流信号,ABC三相电力电缆同时同方向穿过零序电流互感器,在正常情况下, IA+IB+IC=0;当现场加热器单元或馈出的电缆线路出现接地故障时,由于接地电流的存在,从而使IA+IB+IC0,零序电流互感器就会感应到故障电流,变成二次电流送给接地故障继电器。当该电流足够大时且故障时间大于设定的延时时间后,接地故障继电器就会动作,通过其辅助接点一方面使该配电盘面板上接地故障指示灯点亮,另一方面通过接点状态的变化向配电回路当中的可控硅SCR控制板发出信号,使可控硅门极无触发电压,从而封锁可控硅的输出。在这种情况下,只有故障彻底查找出来才能使加热器继续投用,原有美国产的F1440电加热器多次出现接地故障,当时通过绝缘摇测发现,故障原因都是由于单根加热器对地阻值为零造成的,由于加热器结构的问题,维修极不方便,并且需要很长时间,给正常生产带来非常大的影响。

2 加热器的工作原理

在正常情况下,现场加热器由工艺给定正常的加热温度且为恒定温度,并由现场采集的温度信号通过仪表转换成4~20mA的电流信号来控制可控硅SCR导通角的大小,以控制可控硅输出电压的高低,从而调节加热器的输出功率,当加热温度越是小于给定的温度时,加热器的输出功率就会越大,当加热温度越是大于给定的温度时,加热器的输出功率就会越小,从而使加热温度趋近于给定的温度,形成负反馈的闭环控制,达到加热恒温的效果。以F1440为例,工艺要求大致保持在恒定的400左右,加热器工作电流值在630A左右。

3 加热器运行故障

4台加热器投入使用1年以后便陆续出现电气接地保护动作现象,由于加热器属于连续重整装置的关键设备,任何一台设备的长时间停用,都会迫使该装置最终停产。其中F1440加热器加热介质比较复杂,多次出现接地故障。现场进行维修处理时,存在三大类问题:第一类,发现接地继电器存在误动现象,无法保证设备可靠运行;第二类,加热器组内单个加热管接地故障,引起加热器整体退出运行;第三类,加热器在检修期间存在吸潮现象,引起内部加热管绝缘降低。

4 解决措施

为彻底解决加热器故障,决定先从F1440加热器开始进行技术攻关,陆续进行了下述的整改措施:

(1) 接地继电器存在误动现象的整改措施

F1440内共有4组加热器,共用1组保护,GFCT(接地故障电流互感器)实测接地电流峰值能达到500mA左右,GFI(接地故障电流继电器)动作定值最大设置为300mA,无法满足F1440电加热器正常运行(如图1)。

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1 改造前电加热器部分原理图

可能的原因:一方面由于F1440(共计4个负荷,共用1组保护)的电缆线路多,并且距离长,较大的容抗产生了较大的泄漏电流造成的;另一方面各组负荷电缆按照规定两端电缆进行了钢铠接地,但由于接地点电位不一致,存在环流及叠加现象。改造措施(如图2

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2 改造后电加热器部分原理图

F1440(共计4个负荷,共用1组保护)拆分为4个接地故障电流互感器GFCT4个接地故障电流继电器GFI4GFI常闭输出触点串联后按照原先控制方式接入到保护出口继电器RY1的控制电源端。

改造后运行效果:接地故障电流继电器GFI检测到的电流最大也只有10mA左右,远小于保护设定值300mA,有效解决了加热器误跳的发生同时提供可靠的接地保护。

(2) 加热器组内单个加热管接地故障的整改措施

增加现场接线箱箱体容积,但箱体也无法无限增大,内部144根加热管前端增设144个熔断器,即每根相加热器采用1个熔断器进行接地故障的速断保护,当发生个别加热管接地故障时该回路熔断器就会立即动作,甩掉故障负荷;同时,加热器组存在一定的容量冗余,缺少了一定数量加热器的加热器组能够继续运行并保证正常生产需要。接线箱增设熔断器保护方便维修和故障查找,以前查找处理故障需要4~5h以上,现在假若出现此类故障,在加热器功率有余量的情况下可不急于去查找故障点而不影响生产,且查找故障点时间大大缩短,减少了劳动量,又保证了装置的平稳运行,对安全生产的作用是不言而喻的。

(3) 改善工艺,提高加热器的制造质量。

考虑加热器线径较长,加热器内加热丝与套管首末端有一定的距离,故加热器各部位温度存在差别。在接线箱部位温度相对较低,对该部位采用了保温措施从而尽量缩小加热管各部位冷热不均匀现象。

对拆卸下来的进口加热器进行事故原因分析,判断存在接地故障的加热器金属套管外壳有裂纹产生,故障发生时间多出现在装置停工后的再次开工不长时间内,因此我们推断金属套管爆裂的原因一方面可能是套管壳体薄弱、强度低,加热设备从冷态骤变到热态时,加热管内部绝缘物与金属套管膨胀系数差别较大从而造成了套管爆裂;另一方面烟气介质内的二氧化硫、水蒸气对套管壳体具有一定的腐蚀破坏作用,从而造成套管爆裂。由此我们要求无锡某公司在设计制造时提高加热管质量,防止爆裂的产生。设计制造时要考虑内部绝缘填充物成分,杜绝填充物与套管之间膨胀系数相差较大,该公司使用的绝缘填充物质为氧化镁。

进口加热器设计寿命为10年,但运行1年多就出现套管爆裂现象,主要原因是对加热介质没有进行周密考虑,故对无锡某公司提出技术要求,现采用该公司生产的加热器,使用至今没有出现套管爆裂现象。

    增加预留电伴热措施,当装置停工设备停用时,加热器在冷态时有电伴热工作,会保证加热器整体都有较高温度,减小因加热器再次投用时温度骤变造成的加热管膨胀爆裂的可能。

5 结语

对重整220万t/a的电加热器的技术改造是一个循序渐进的过程,改造的效果是明显的。经设计制造、材质的选择及设备的电气技术改造后,目前新安装的F1440加热器运行使用情况良好,既降低维修劳动量又保证加热器能长周期有效运行,且保证了装置的平稳运行、尽可能避免因加热器故障造成装置非计划停工的可能。此项改造措施已在兄弟炼厂的重整装置有所应用,达到装置长周期平稳要求;并且使设备更新国产化,备件供货商的产品质量也有了明显提高。

 

参考文献

 [1]王娟.《工厂电气控制技术》.北京:电子工业出版社,2014

 [2]《现代电气工程师实用手册》编写组.《现代电气工程师实用手册》北京:中国水利水电出版社 2014

 
 
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