LNG工厂属于流程工业的一种，通常由三脱、液化、BOG、公用工程等部分组成。既有传统化工企业生产流程复杂、过程管控严格等特点，又具备低温工程领域对设备设施要求高、温度控制精确等要求[1]。脱碳系统作为LNG生产过程中初始环节具有举足轻重的作用，机泵动力设备是保证脱碳系统稳定运行的关键。
根据脱碳系统工艺设计，贫液循环泵是脱碳系统的核心设备，其稳定的运行能充分保障吸收塔贫液洗涤量，确保脱碳效果良好[2]。在机泵运行工况分析方面，国外有着系统化的仪器设备和完善的应急处置预案。能在机泵检修、安装、调试等多个环节进行全过程数据化监控，反馈式验证机泵当前情况，进行在线式振动分析，杜绝因多种因素造成的机泵损坏[3]。而我国主要偏向经验积累，总结出了机泵并联运行等功能性补充方案和一系列节能举措，缺乏自控式仪表数据采集和一体化分析办法[4]。
本文基于湖北500×104 m3/d LNG工厂国产化示范工程脱碳装置生产实例，收集整理贫液循环泵多年运行问题。以预防联锁停泵为目的，运用层次分析法进行某次温度、振动互为联锁事件的实例分析。量化表征抽象复杂问题，为下步改进提出合理建议。
湖北500×104 m3/d LNG工厂国产化示范工程脱碳装置采用质量分数为44%的活化MDEA水溶液吸收脱除天然气中绝大部分CO2，溶液循环量约为88 m3/h(CO2体积分数为2.0%时，循环量约为288 m3/h)，脱除了酸性气体的湿净化气送至下游装置进一步处理。吸收了酸性气体的MDEA富胺液经闪蒸再生后送至本装置吸收塔循环使用。富胺液再生所得酸气接至火炬酸气放空系统。闪蒸气送至燃料气系统作燃料气用[5-6]。该系统主要动力装置为大连华能HKD系列水平中开多级离心泵(见图 1)，共设置3具(1用2备)，采用450 kW电机驱动，配备温度、压力、振动、功率等联锁保护。该泵设计流量10~1 400 m3/h；扬程2 000 m；温度-60~+200 ℃；压力25 MPa。该泵至项目2013年12月机械竣工以来已运行5年，现总结运行工况问题见表 1。
综上所述，贫液循环泵电机载荷大，使用频率高，且为LNG工厂关键动力设备，联锁保护复杂；为保证工厂平稳生产不出现经常性的停泵故障检查和维修，必须在停工检修期间对设备工况进行彻底排查，根治问题，并在正常生产期间按运转时间切换维保。
通过近几年贫液循环泵组运行问题汇总可以看出，出口阀门开关不利发生概率最大，是影响机泵操作的主要问题。而在诱发机泵联锁问题上，温度、振动、仪表损坏等原因具有交叉性，既能单一触发联锁又能互为促进导致停泵, 极具技术分析复杂性，操作管理难度大，当前的改进措施只能局部或暂时解决问题，后续是否存在缺陷需要时间验证[7-9]。下面基于某次温度、振动互为联锁事件进行实例分析，在现场数据支撑下进行数学建模式问题表征。
事件问题：2018年3月11日13:25，高压贫液泵A轴承端温度高报警，13日凌晨3:31轴承负载端振动联锁跳停，事后紧急切换B泵运行。收集整理2018年3月11日6:46至2018年3月13日3:42联锁跳停后关键数据做折线图，见图 2。由图 2可以看出，机泵轴承端温度12日13:25达78.9 ℃，报警值前有突然上升过程，与前一周期11日6:46到14:52现象类似，查阅前一天数据均显周期性变化。与前段时间不同的是，定子温度高温持续时间明显变长(12日13:25，78.9 ℃至17:00，81.7 ℃)，共持续4 h。
根据数据表征，判断该事件问题是温度高导致轴承材料性质改变，诱发机械形变最终导致振动联锁，该事件因果关系为典型多因素互相影响所致。管理上存在思想麻痹，高温报警未引起重视；操作上存在分析手段不足，不能快速梳理问题互为因果关系，判定后果，及时预警[10]。
基于该泵5年运行问题汇总，结合现场操作经验，选用层次分析法(analytic hierarchy process，AHP)将机泵联锁抽象化复杂问题进行不同组成因素的决策分解。首先梳理问题导向，将因素与问题逻辑设定成具有分组型层次结构的目标层、准则层、方案层[11]；其次通过矩阵构造，两两比较各因素间相互影响关系，从而量化问题组成因素，计算出各自在系统中的权重；最后通过机泵现场维修拆解数据进行反向验证。
根据层次分析法特点，首先确立联锁停泵为目标层；然后根据所研究LNG工厂机泵实际特点，确立振动联锁B1、温度联锁B2、压力联锁B3为准则层；最后依据贫液泵运行问题汇总和以操作经验确立润滑油污染C1、循环水冷却线堵塞C2、操作失误C3、仪表探头故障C4、设计缺陷C5五项为方案层，完成结构模型搭建(见图 3)。计算步骤如下：
准则层中各因素在决策者衡量标准下所占比重不一致，所以设数字1~9及其倒数作为标度来定义与判断矩阵。
(1) 计算一致性指标CI：
式中：λmax为判断矩阵的最大特征值。
(2) 计算一致性比例CR：
当CR＜0.10时，认为通过了一次性检验，否则应作适当修正。
层次分析法有3种计算方法求权重：算术平均法、几何平均法、特征向量法。文中选用几何平均法(方根法)求权重[12]。
联锁停泵问题确定各判断矩阵及权重向量Wi如表 2~表 5所示。
表 2~表 5一次性检验均通过。将不同方案各准则要素的权重矩阵Wi与各准则要素的相对权重矩阵Wi相乘，得到各方案层要素权重并排序(见表 6)。经计算还能得到准则层要素权重并排序(见表 7)。
根据建模结果可知，运用层次分析法得出的脱碳贫液泵联锁停泵问题诱发因素排序为：操作失误C3＞润滑油污染C1＞仪表探头故障C4＞循环水冷却线堵塞C2＞设计缺陷C5。其中，操作失误C3与润滑油污染C1权重最大且均达到0.2以上，应重点防范。查阅当班员工操作记录未发现操作失误现象，因此判定该事件为润滑油污染所至。准则层权重排序中，振动联锁B1与温度联锁B2权重更大且较为接近，证明两者互为关联性，生产过程中应合并分析，如遇单点数值报警，需同时注意两者变化过程。
紧急切换B泵后拆解A泵驱动端轴瓦，发现轴瓦良好，未见磨损；机械部件良好，未见磕碰。但润滑油明显污染，呈乌黑浑浊状，化验润滑油含水为14.37%(体积分数)。回装轴瓦时发现，温度探头安装孔加工不合格，导致温度探头安装不到位，诱发误报或者温度高不联锁，有损坏机泵风险[13]。拆解情况证明，层次分析量化建模有效，问题判定正确。观察现场(见图 4)，查阅脱碳贫液泵运行记录得出：
(1) 为避免机泵驱动端机封烧毁，早已采用冲水降温启泵的操作方式进行解决，但存在水进入轴瓦污染润滑油风险。
(2) 机泵为露天布置，未设置遮雨篷，有雨水长期冲刷窜入轴瓦的风险。
(3) 机泵冷却液线设计存在问题，冷却液(胺液)接入处为泵体进口，当冷却液灌入后会迅速被泵体抽吸排出，无法充分冷却机封(未执行启泵冲水操作前发生过机封烧毁事件)。
综上所述，LNG工厂脱碳贫液泵振动、温度联锁问题不单纯是某单一测点表露的问题，不同时间段的复合型数据变化有着互为影响的规律。单一的数据测点报警需要操作人员重视，并进行运行工况的全过程分析，预警式防范机泵联锁停机[14-16]，全面保障LNG工厂平稳运行。基于所研工厂脱碳贫液泵提出以下建议：
(1) 厂家改冷却液接入点到泵体非载重端，充分冷却机械密封。
(2) 启泵冲水操作时尽量减小水量和冲水时间，避免水串入，污染润滑油。
(3) 如若发生振动联锁，有机械损坏振动探头和振动探头老化失效的可能性。存在单一影响和互相影响的情况。因此，应定期校检仪表探头及接线盒。
(4) 搭建泵体雨棚，防止雨水冲刷导致的润滑油进水。
(5) 加强机泵检修监督管理，杜绝安装间隙、零部件磕伤、安装方向错误等一系列安装缺陷诱发的生产事故。
湖北500×104 m3/d LNG工厂国产化示范工程已竣工5年，因受市场行情影响，采取间歇式生产。机泵累计运行时间短，闲置时间长。设备设施上存在自然老化现象，人员操控上存在思想麻痹倾向。下步应强化队伍管理，加强操作技能培训。本文工作量及创新点：
(1) 湖北500×104 m3/d LNG工厂国产化示范工程点多面长，环环相扣。关键机泵故障会导致局部工艺系统联锁甚至触发全厂停运，严重影响LNG工厂平稳生产。
(2) 在多年贫液泵运行问题汇总前提下，使用模糊数学语言量化分析了脱碳贫液泵联锁停泵事件，采用层次分析数学模型对相应问题进行了现场验证分析，梳理出了互为因果关系。
(3) 运用层次分析法进行数学建模，能充分利用当前信息进行问题分析。有效将模糊定性的联锁停机现象量化为科学权重，指导相应问题的剖析与具体方案的制定，解决了因分析资料有限而造成的决策瓶颈，降低了盲目购买更换备件的经济风险，提升了管理水平。
(4) 为保证工厂平稳生产，不能出现经常性的停泵故障检查和维修。必须在停工检修期间对设备工况进行彻底排查，根治问题，并在正常生产期间按运转时间切换维保。
(5) 温度、振动、仪表损坏等诱发机泵联锁原因具有交叉性，既能单一触发联锁又能互为促进导致停泵，极具技术分析复杂性，操作管理难度大，当前的改进措施只能局部或暂时解决问题，后续是否存在缺陷需要时间验证。
2018, Vol. 47 Issue (5): 58-62
2018, Vol. 47 Issue (5): 58-62