制氫站焦?fàn)t煤氣壓縮系統(tǒng)的完善及優(yōu)化

張寶強(qiáng)，趙家龍，楊 兵

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司第二能源總廠，安徽馬鞍山 243000）

1 前言

為滿足煉鋼板坯切割工藝的需求，馬鋼第二能源總廠制氫站配置了2臺(tái)K S 31 L T X型螺桿壓縮機(jī)，屬容積型旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，工作原理是通過工作容積的減少來提升煤氣壓力的，根據(jù)需要，通過設(shè)定參數(shù)可將煤氣壓力提升至0.8～0.85M Pa。經(jīng)過2年多的運(yùn)行，由于設(shè)備設(shè)計(jì)制造等方面的缺陷，壓縮機(jī)出現(xiàn)不同程度的問題，影響了產(chǎn)品煤氣的質(zhì)量。

2 制氫站壓縮系統(tǒng)工藝介紹

具體工藝為TSA凈化后焦?fàn)t煤氣通過入口過濾器除去焦?fàn)t煤氣中的塵埃雜質(zhì)，進(jìn)入壓縮機(jī)的吸氣腔進(jìn)行壓縮，壓縮過程中焦?fàn)t煤氣與潤(rùn)滑油混合，經(jīng)壓縮后的油氣混合物被排入到壓縮機(jī)機(jī)組的油回收槽中進(jìn)行冷卻，再進(jìn)入油槽兩端的過濾器進(jìn)行一次分離，含少量油的焦?fàn)t煤氣再依次經(jīng)過煤氣冷卻器、排液分離器進(jìn)入緩沖罐，通過新增的除油過濾器對(duì)煤氣中的油進(jìn)行二次分離，最終將干凈煤氣送往煉鋼用戶及200#預(yù)處理工序。

3 壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的完善和優(yōu)化

3.1 存在問題

壓縮機(jī)PLC控制柜內(nèi)部除采用了簡(jiǎn)單的雙電源并聯(lián)輸出（非冗余設(shè)計(jì)）外，CPU及其內(nèi)部通訊模塊均未采用冗余設(shè)計(jì)，CPU與觸摸屏通過D P方式連接，但在線數(shù)據(jù)的讀取及控制均未以以太網(wǎng)的形式連接到現(xiàn)場(chǎng)DCS控制系統(tǒng)中。實(shí)際操作時(shí)，壓縮機(jī)啟動(dòng)、停止、緊急停機(jī)僅限在控制柜或現(xiàn)場(chǎng)機(jī)旁操作箱上完成，數(shù)據(jù)只能在觸摸屏上查詢，且趨勢(shì)曲線記錄只有15min，報(bào)警記錄的數(shù)量也有限，這給運(yùn)行人員監(jiān)控壓縮機(jī)運(yùn)行及采集數(shù)據(jù)帶來不便。

3.2 完善、優(yōu)化措施及效果

采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊方式連接備用壓縮機(jī)，在線通過讀取P L C程序后并參考廠家提供的通訊數(shù)據(jù)表，對(duì)各個(gè)工藝測(cè)點(diǎn)（模擬量和開關(guān)量）與觸摸屏上數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，整理出所有測(cè)點(diǎn)內(nèi)部地址。用H M I組態(tài)軟件（WinCC 6.0版）繪制工藝、趨勢(shì)、PID、設(shè)定值及光字牌畫面，并按工藝需求添加所需測(cè)點(diǎn)及趨勢(shì)曲線。

改造完成后，位于操作臺(tái)上的人機(jī)界面從PLC內(nèi)部讀取所有數(shù)據(jù)，采用與觸摸屏基本相同的工作模式，完全實(shí)現(xiàn)了控制方式從控制盤移植到中控室D C S系統(tǒng)。現(xiàn)在，運(yùn)行人員只需把畫面切換至壓縮機(jī)畫面，就能對(duì)壓縮機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，數(shù)據(jù)采集也很方便，曲線及報(bào)警信息的記錄時(shí)間可以保存3個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間。

42#螺桿壓縮機(jī)液壓系統(tǒng)內(nèi)漏的分析及處理

4.1 存在問題

2#機(jī)組自投運(yùn)以來，控制油液位持續(xù)下降，根據(jù)壓縮機(jī)在2007年10月和11月40多天的數(shù)據(jù)分析，壓縮機(jī)每運(yùn)行24h平均漏油8L左右。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，補(bǔ)充控制油約700多升。

4.2 原因分析

現(xiàn)場(chǎng)無油泄漏的痕跡，根據(jù)油回收槽液位的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，初步判斷2#機(jī)控制油可能泄漏至氣缸，與潤(rùn)滑油、煤氣形成的混合物一起回到油回收槽。通過試驗(yàn)表明，控制油泄漏主要發(fā)生在1級(jí)、2級(jí)滑閥動(dòng)作幅度比較大的情況。后經(jīng)解體檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)部分部件組裝時(shí)公差較大，是導(dǎo)致控制油內(nèi)漏的主因。

4.3 整改及效果

針對(duì)2#壓縮機(jī)控制油內(nèi)漏問題，廠方幾次對(duì)壓縮機(jī)滑閥進(jìn)行檢查，更換周圍部件的密封件、一級(jí)滑閥內(nèi)密封環(huán)的O型圈、金屬環(huán)及環(huán)蓋，問題未得到解決，通過施加油壓的方法對(duì)懷疑漏油的密封處檢查，初步斷定泄漏點(diǎn)在第一段密封處。

2011年7月，對(duì)壓縮機(jī)解體檢查，發(fā)現(xiàn)低壓段液壓缸底部密封環(huán)蓋壓蓋面有加工遺留的凸點(diǎn)，滑閥驅(qū)動(dòng)軸軸向有微小的傷痕，再次更換了密封材料及滑閥驅(qū)動(dòng)軸，低壓處密封環(huán)蓋壓蓋重新加工，降低油回收槽的液位，試運(yùn)行發(fā)現(xiàn)控制油液位仍然以0.3 L/h的速度下降，問題依然存在。通過與廠方技術(shù)交流，12月初對(duì)壓縮機(jī)本體進(jìn)行了大修，更換高壓、低壓側(cè)的液壓缸、機(jī)械密封、活塞密封、軸承、氣缸及密封用的O型密封圈。壓縮機(jī)運(yùn)行至今控制油液位無明顯下降，內(nèi)漏問題得到解決。

5 出口煤氣氣液夾帶嚴(yán)重的分析及處理

5.1 存在問題

自投運(yùn)以來，用戶多次反映切割煤氣質(zhì)量不合格，經(jīng)常堵塞燒嘴，通過跟蹤200#預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)、出后的煤氣質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)200#填料已失效。

5.2 原因分析

注油螺桿壓縮機(jī)中，壓縮氣體的同時(shí)，大量的油被噴入壓縮機(jī)的齒間容積，這些油與煤氣形成油氣混合物，在經(jīng)歷壓縮和排氣過程后，被排到機(jī)組的油氣分離器中，為了降低排氣中的含油量和循環(huán)使用潤(rùn)滑油，必須有效的利用油氣分離器把潤(rùn)滑油從氣體中分離出來。煤氣出口含油量過高的原因有以下幾點(diǎn)：

（1）排氣溫度和壓力過高，潤(rùn)滑油的飽和蒸汽壓過高。在壓縮煤氣與潤(rùn)滑油形成的油氣混合物中，潤(rùn)滑油以氣相和液相兩種形式存在，處于氣相的潤(rùn)滑油是由液相的潤(rùn)滑油蒸發(fā)所產(chǎn)生的，其數(shù)量的多少除取決于油氣混合物的壓力和溫度外，還與潤(rùn)滑油的飽和蒸汽壓有關(guān)。油氣混合物的壓力和溫度愈高，則氣相的油愈多；飽和蒸汽壓愈低，則氣相的油愈少。氣相油與其他氣體類似，無法用機(jī)械方法予以分離，只能用化學(xué)方法清除。

（2）缺少二次油分離裝置。噴油螺桿壓縮機(jī)工藝設(shè)計(jì)時(shí)，氣路系統(tǒng)中，要求被壓縮煤氣經(jīng)過入口過濾器出去煤氣中的塵埃、雜質(zhì)后，進(jìn)入壓縮機(jī)的吸氣腔，在壓縮的過程中與潤(rùn)滑油混合，經(jīng)壓縮后的油氣混合物被排入到一次油分離器中，在經(jīng)過二次油分離器進(jìn)一步分離后，把潔凈的煤氣送到下游用戶。油路系統(tǒng)中，潤(rùn)滑油經(jīng)過溫控閥進(jìn)入油冷卻器，再經(jīng)過油過濾器除去雜質(zhì)微粒后，大多數(shù)的潤(rùn)滑油被噴入壓縮機(jī)的壓縮腔，其余潤(rùn)滑油分別通向軸承、軸封等處，起到潤(rùn)滑、密封的作用。最后，所有的潤(rùn)滑油均與被壓縮氣體一起排入一次油分離器中，分離出大多數(shù)的潤(rùn)滑油，以便循環(huán)使用。在二次油分離器中分離出少量的潤(rùn)滑油，也被引回到吸氣側(cè)的低壓處。

5.3 改造思路及效果

降低排氣含油量的方法之一是，降低排氣壓力和溫度，在實(shí)際工況中，出口煤氣壓力設(shè)計(jì)是根據(jù)工藝要求的，排氣溫度不允許低到水蒸氣被冷凝的程度；方法之二是，采用飽和蒸汽壓較低的潤(rùn)滑油，如合成油和半合成油，具有相當(dāng)?shù)偷娘柡驼羝麎?，特性穩(wěn)定，不易揮發(fā)，能達(dá)到更高的粘度。最有效的方法是增加二次除油裝置。查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)以超細(xì)玻璃纖維為材料的除油過濾器，效果佳、壽命長(zhǎng)、壓降小，這類過濾元件可以使氣體中的含油量降至（5～10）×10-6m3。

為保障產(chǎn)品煤氣質(zhì)量，延長(zhǎng)200#預(yù)處理塔填料的使用壽命，經(jīng)討論決定在切割氣管道上增加一套除油裝置，2008年10月利用煉鋼停產(chǎn)檢修機(jī)會(huì)，在焦?fàn)t煤氣緩沖罐的出口管道上增加了兩臺(tái)除油過濾器，在實(shí)際運(yùn)行過程中效果明顯。

6 結(jié)語

通過長(zhǎng)期的摸索探討，工藝的不斷優(yōu)化，使壓縮機(jī)運(yùn)行日趨穩(wěn)定，煤氣品質(zhì)得到大幅度的提高。