多軸式空氣壓縮機(jī)甩負(fù)荷的原因及對(duì)策分析

王毅兵　夏良成

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步發(fā)展，多軸式空氣壓縮機(jī)的使用也更加廣泛。文章對(duì)多軸式空氣壓縮機(jī)的控制原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的描述，對(duì)多軸式空氣壓縮機(jī)甩負(fù)荷的原因進(jìn)行了分析，并據(jù)此提出了相應(yīng)的解決對(duì)策，以期可以避免發(fā)生相類似的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：多軸式空氣壓縮機(jī)；甩負(fù)荷；大化肥工業(yè)制造；放空閥；運(yùn)行參數(shù)

中圖分類號(hào)：TH45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）34-0079-02

多軸式空氣壓縮機(jī)在大化肥工業(yè)制造項(xiàng)目中的應(yīng)用較為廣泛，比如其在我國(guó)塔里木化肥合成氨工藝中的應(yīng)用。多軸式空氣壓縮機(jī)為工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了極大的便利，但是一旦多軸式空氣壓縮機(jī)出現(xiàn)了甩負(fù)荷的情況，那么也將會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成極大的損失。在塔里木化肥生產(chǎn)項(xiàng)目中就曾因工作人員調(diào)整了機(jī)組相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)，致使空氣壓縮機(jī)出現(xiàn)了甩負(fù)荷的現(xiàn)象，導(dǎo)致除了一段爐以及脫碳裝置之外的所有裝置“停擺”。從這上面我們也可以看出對(duì)其做好必要的防范措施是非常有必要的。

1 多軸式空氣壓縮機(jī)的簡(jiǎn)要概述

1.1 工藝描述

多軸式空氣壓縮機(jī)在現(xiàn)如今的工業(yè)生產(chǎn)中多出現(xiàn)于工業(yè)化肥合成氨的制作當(dāng)中。其主要的工作原理就是由蒸汽汽輪機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)、壓縮機(jī)來(lái)提高齒輪箱的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。一般來(lái)講，設(shè)置在壓縮齒輪箱與蒸汽汽輪機(jī)中間的中間齒輪箱的主要作用及時(shí)減少傳遞到要壓縮機(jī)齒輪箱的轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)在較為常用的多軸空氣壓縮機(jī)一般是由四級(jí)壓縮以及二級(jí)壓縮兩段組成。多軸空氣壓縮機(jī)的冷水器會(huì)安裝到1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)以及4級(jí)的出口位置。壓縮機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，4級(jí)出口會(huì)將過(guò)濾器傳來(lái)的空氣（一般是58820Nm3/h）壓縮成1.42MPa（A），然后就會(huì)被安裝在四級(jí)出口出的水冷器冷卻到34.5℃。其中一部分的空氣會(huì)以儀表空氣、尿素防腐空氣的形式被利用。剩余部分的空氣會(huì)接著被傳送到壓縮機(jī)的第二段中，一般來(lái)講，壓縮機(jī)二段會(huì)將傳送過(guò)來(lái)的空氣壓縮到3.82MPa（A）、167℃，然后“投入”到二段爐中進(jìn)行燃燒。

1.2 多軸空氣壓縮機(jī)的控制

為了可以在最大程度上實(shí)現(xiàn)空氣壓縮機(jī)的陰性穩(wěn)定（并可以讓其在流量減少的情況下運(yùn)行），空氣壓縮器會(huì)配備放空閥。放空閥的主要作用就是用來(lái)填補(bǔ)運(yùn)行過(guò)程中和最小容積流量的差數(shù)。該閥門實(shí)現(xiàn)控制的方式是通過(guò)喘振控制器。依據(jù)運(yùn)行的穩(wěn)定與否確定喘振線，該喘振線會(huì)受到許多因素的影響（比如說(shuō)溫度、壓力等）。因此在喘振線要設(shè)定一條安全線來(lái)保證留有一定的安全余量，通常會(huì)將這條線成為放空線。這條線會(huì)與喘振線持平（設(shè)置的安全余量一般是喘振流量的8%）。

空氣壓縮機(jī)一、二段的進(jìn)口導(dǎo)葉（IGV）主要是控制壓縮機(jī)的流量以及壓力，將進(jìn)口導(dǎo)葉開(kāi)啟則會(huì)增加壓縮機(jī)的流量以及下游壓力，將其關(guān)閉則會(huì)減少壓縮機(jī)的流量以及下游壓力。空氣壓縮機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)會(huì)有最小容積流量的相關(guān)要求，如果傳遞到壓縮機(jī)的容量低于最小容積流量的設(shè)定值時(shí)則會(huì)導(dǎo)致葉輪“罷工”，從而致使喘振現(xiàn)象的發(fā)生。一旦發(fā)生喘振現(xiàn)象，不但會(huì)對(duì)整個(gè)空氣壓縮機(jī)的機(jī)械部件造成嚴(yán)重影響，同時(shí)也會(huì)減少空氣壓縮機(jī)的使用壽命。

防喘振閥以及導(dǎo)葉：如同上文所述，防喘振閥以及導(dǎo)葉的主要功能就是控制空氣壓縮機(jī)的流量，一般來(lái)講，一段流量導(dǎo)葉調(diào)節(jié)的范圍最多也只能是額定流量的30%，這也就是說(shuō)一段流量導(dǎo)葉只能將額定流量從滿額降到額定的70%，如果還需要繼續(xù)減少流量的話，則要通過(guò)放空閥進(jìn)行調(diào)整。但是如果需要調(diào)整的量大于70%，那么放空閥將會(huì)完全關(guān)閉，一段流量導(dǎo)葉將從最小的操作位置打開(kāi)（一般來(lái)講是-55°）。相比一段流量導(dǎo)葉而言，二段流量導(dǎo)葉可以多調(diào)節(jié)8%的額定流量。同理可證，二段流量導(dǎo)葉只能將額定流量從滿額調(diào)整到62%，如果需要調(diào)整的流量超過(guò)了38%，那么就需要用到二段放空閥，如果需要調(diào)整的量大于62%，這是二段流量導(dǎo)葉將會(huì)從最小的操作位置打開(kāi)（一般為-60°）。

導(dǎo)葉（IGV）對(duì)壓縮機(jī)的流量控制：一段流量是由一級(jí)進(jìn)口的導(dǎo)葉進(jìn)行控制，其導(dǎo)葉的位置角度是由氣動(dòng)執(zhí)行器進(jìn)行調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)的范圍大概為-55°～+20°），該調(diào)節(jié)角度相當(dāng)于開(kāi)度為0%～100%。二段流量則是由五級(jí)進(jìn)口的導(dǎo)葉進(jìn)行流量控制，該導(dǎo)葉的位置角度也由氣動(dòng)執(zhí)行器進(jìn)行調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)的范圍大概為-60°～+20°），相當(dāng)于開(kāi)度為0%～100%。

一段控制原理：控制一段的控制器一定要將其設(shè)置在自動(dòng)模式上，其主要的工作任務(wù)就是防止空氣壓縮機(jī)喘振，除此之外，其也要具有在極端條件下可以打開(kāi)放空閥的功能。一般來(lái)講一段喘振的流量設(shè)定在3450m3/h，如果壓縮機(jī)的一段實(shí)際流量高于設(shè)定值時(shí)，一段的放空閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，如果實(shí)際流量小于設(shè)定值時(shí)，一段放空閥會(huì)開(kāi)啟。二段喘振的設(shè)定流量為1750m3/h，其余控制原理與一段相同。

一段出口的壓力控制器可以看作是一個(gè)安全控制器，它主要是由DCS控制，其也要在運(yùn)行中調(diào)節(jié)為自動(dòng)模式，其控制器的主要作用就是防止一段出口的壓力過(guò)大[臨界值為1.5MPa（G）]，如果壓縮機(jī)處于極端操作條件下，當(dāng)其壓力大于1.5MPa（G）時(shí)，一段以及二段的放空閥都會(huì)瞬間打開(kāi)，如果壓力小于該值時(shí)則會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，二段出口壓力的臨界值為4.2MPa（G），其控制原理和一段相同。

2 壓縮機(jī)甩負(fù)荷的原因及其對(duì)策研究

2.1 壓縮機(jī)甩負(fù)荷出現(xiàn)的原因分析

通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行仔細(xì)的排查分析之后我們得出，造成壓縮機(jī)甩負(fù)荷以及放空閥突然打開(kāi)的原因主要是表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

2.1.1 當(dāng)壓縮機(jī)中汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速降到了5743r/min以下的時(shí)候，電磁閥會(huì)出現(xiàn)失電現(xiàn)象，這個(gè)時(shí)候就有可能造成壓縮機(jī)的一段、二段放空閥的瞬間全開(kāi)。

2.1.2 當(dāng)壓縮機(jī)一段出口的壓力超過(guò)了[它的最大臨界值為1.451MPa（G）]1.5MPa（G）或者是二段的出口壓力超過(guò)了[二段出口的最大臨界值為3.861MPa（G）]4.2MPa（G）的時(shí)候，也會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)的一段以及二段的放空閥瞬間全開(kāi)。endprint

通過(guò)以往有關(guān)壓縮機(jī)甩負(fù)荷事故的分析我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓縮機(jī)的裝置負(fù)荷發(fā)生變化之后，為了避免二段爐出現(xiàn)溫度過(guò)高的現(xiàn)象，這個(gè)時(shí)候操作人員往往會(huì)采取關(guān)小壓縮機(jī)出口閥來(lái)降低二段爐的空氣進(jìn)量。但是關(guān)小出口閥就會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)一段和二段出口壓力上升。因?yàn)橐欢魏投纬隹诘膲毫χ凳怯幸欢ㄏ拗频腫一段為1.451MPa（G），二段為3.861MPa（G）]，這個(gè)時(shí)候壓縮機(jī)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉小導(dǎo)葉來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力的平衡。當(dāng)導(dǎo)葉的開(kāi)度值已經(jīng)為0的時(shí)候，如果操作人員仍在關(guān)小出口閥的話，那么壓縮機(jī)就會(huì)出現(xiàn)一段、二段放空閥瞬間全開(kāi)的情況。

除此之外，引起壓縮機(jī)出現(xiàn)甩負(fù)荷現(xiàn)象的原因也有可能是由于：在注汽閥的手動(dòng)模式下，增加了注汽流量，這會(huì)使得注汽閥門由原本的壓力控制轉(zhuǎn)變成流量控制，從而造成注汽閥時(shí)而打開(kāi)時(shí)而關(guān)閉的情況發(fā)生，這個(gè)時(shí)候汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)出現(xiàn)大幅度上下波動(dòng)的現(xiàn)象，當(dāng)這種波動(dòng)達(dá)到峰值的時(shí)候（也就是5743r/min）壓縮機(jī)就會(huì)出現(xiàn)甩負(fù)荷的情況。

2.2 針對(duì)多軸空氣壓縮機(jī)甩負(fù)荷的對(duì)策研究

2.2.1 一定要嚴(yán)格控制多軸空氣壓縮機(jī)的各項(xiàng)操作指標(biāo)，對(duì)壓縮機(jī)一段出口的壓力要嚴(yán)格控制在1.4MPa（G）之內(nèi)，與此同時(shí)也要注意調(diào)整二段出口的壓力值[從37.2MPa（G）調(diào)整到39MPa（G）]。

2.2.2 堅(jiān)決不允許利用多軸空氣壓縮機(jī)的出口閥FV2011來(lái)減少空氣進(jìn)量。如果想減少空氣進(jìn)量，那么只能通過(guò)壓縮機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，也就是在保持壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定的基礎(chǔ)上，通過(guò)機(jī)組的導(dǎo)葉以及放空閥來(lái)進(jìn)行卸載操作，即要通過(guò)操作人員來(lái)改變一段、二段出口壓力的設(shè)定值。首先要利用壓縮機(jī)自動(dòng)閉合一段、二段的導(dǎo)葉，在導(dǎo)葉完全閉合之后，再逐漸打開(kāi)放空閥，然后完成卸載，這樣做才是最安全節(jié)能的方式。

2.2.3 在裝置運(yùn)行的時(shí)候，壓縮機(jī)的注汽閥PV7052一定要調(diào)至自動(dòng)模式，如果這項(xiàng)模式一直沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)試和試用的話，那么為了避免意外的發(fā)生，可以暫時(shí)不進(jìn)行生產(chǎn)使用。

2.2.4 多軸空氣壓縮機(jī)中的注汽閥PV7052如果是置于手動(dòng)模式的話，那么要求它的注汽量一定不要超過(guò)10t/h。

通過(guò)上述四點(diǎn)要求，希望可以在一定程度上阻止多軸空氣壓縮機(jī)出現(xiàn)甩負(fù)荷的情況，避免因此對(duì)工廠造成比較大的經(jīng)濟(jì)損失。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)多軸空氣壓縮機(jī)甩負(fù)荷的原因分析，可以讓我們深刻地認(rèn)識(shí)到對(duì)多軸式壓縮機(jī)的操作控制是非常復(fù)雜的。同時(shí)，會(huì)引起壓縮機(jī)停機(jī)以及出現(xiàn)甩負(fù)荷情況的原因也比較多。這不但要求我們?cè)趯?duì)事故原因進(jìn)行查找分析的時(shí)候要認(rèn)真地理解廠商所給的資料，同時(shí)也要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來(lái)排查可能引發(fā)故障的原因。多軸空氣壓縮機(jī)一旦出現(xiàn)甩負(fù)荷的現(xiàn)象會(huì)造成非常大的經(jīng)濟(jì)損失，因此分析事故發(fā)生的原因，以期在最大程度上避免類似情況的發(fā)生，是對(duì)多軸式空氣壓縮機(jī)甩負(fù)荷問(wèn)題進(jìn)行對(duì)策研究的根本目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 張錫德，董泰斌，王西林，蔣云峰.合成氣壓縮機(jī)操作不當(dāng)產(chǎn)生的故障及對(duì)策[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2013，（1）.

[2] 張錫德，阿不都熱合木·托乎提，辜興春.壓縮機(jī)喘振放空閥全開(kāi)原因分析及解決措施[J].天然氣與石油，2013，（1）.

[3] 張錫德，楊德遼，邵士銘，蘇海龍.多軸式空氣壓縮機(jī)在大化肥上的運(yùn)用[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2011，（6）.

[4] 謝文龍.制氧空壓機(jī)的防喘振控制[A].2011第十六屆全國(guó)自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用學(xué)術(shù)年會(huì)專輯[C].2011.

[5] 肖園.大型制氧機(jī)組空壓機(jī)防喘振DCS控制系統(tǒng)研究[A].中國(guó)計(jì)量協(xié)會(huì)冶金分會(huì)2010年會(huì)論文集[C].2010.

[6] 林莉，周林，王莉紅.激光準(zhǔn)直儀在裂解氣壓縮機(jī)組找正中的應(yīng)用[J].石油化工建設(shè)，2007，29（5）.

作者簡(jiǎn)介：王毅兵（1982-），男，陜西西安人，青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司助理工程師，研究方向：化工機(jī)械。endprint