離心式氨壓縮機(jī)性能曲線的修正

董華林，婁倫武

(1.貴州赤天化桐梓化工有限責(zé)任公司 貴州桐梓 563200； 2.貴州西洋實(shí)業(yè)有限公司 貴州息烽 551107)

1 氨壓縮機(jī)配套裝置運(yùn)行情況

貴州赤天化桐梓化工有限公司300 kt/a合成氨裝置配套的離心式氨壓縮機(jī)組由低壓缸MCL525和高壓缸3MCL528組成，采用雙出軸結(jié)構(gòu)(一端與汽輪機(jī)連接，另一端與高壓缸連接)，一拖二方式運(yùn)轉(zhuǎn)。氨壓縮機(jī)一段入口實(shí)際流量約為14 509 m3/h(標(biāo)態(tài))，而設(shè)計(jì)值為17 106 m3/h(標(biāo)態(tài))，其一段防喘振閥的開度約為54%，氨壓縮機(jī)一段制冷富裕度過大而導(dǎo)致蒸汽耗量增加。由于負(fù)荷變化，氨壓縮機(jī)在調(diào)節(jié)過程中防喘振控制點(diǎn)十分接近防喘振曲線，導(dǎo)致操作區(qū)間變小，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)因機(jī)組做了大量的無用功，負(fù)荷居高不下，蒸汽消耗增加。

2 氨壓縮機(jī)組運(yùn)行過程中存在的問題

在保證氨壓縮機(jī)一段入口防喘振閥裕度為8.9%的情況下，一段入口流量應(yīng)>14 509 m3/h(標(biāo)態(tài))。如果氨壓縮機(jī)一段入口流量減少，防喘振工作點(diǎn)就會(huì)移動(dòng)至防喘振線上，此時(shí)工況稍有波動(dòng)，防喘振工作點(diǎn)就會(huì)進(jìn)入防喘區(qū)域，導(dǎo)致防喘振閥全開，不利于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

為了保證氨壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，就必須保持較高的一段入口流量。由于低溫甲醇洗工段4臺(tái)氨冷器制冷氣氨量只有14 509 m3/h(標(biāo)態(tài))左右，其余2 597 m3/h(標(biāo)態(tài))氣氨只能通過一段防喘振閥補(bǔ)充，當(dāng)蒸汽壓力為4.0 MPa時(shí)，蒸汽消耗量約22.71 t/h。理論計(jì)算表明，氨壓縮機(jī)在85%的負(fù)荷條件下即可滿足低溫甲醇洗工段4臺(tái)氨冷器的用氨量，而實(shí)際氨壓縮機(jī)負(fù)荷基本上在100%左右，浪費(fèi)蒸汽約2 t/h。

3 原因分析

(1)通過分析論證，發(fā)現(xiàn)儀表測(cè)量的確存在誤差，但工藝指標(biāo)的總體趨勢(shì)是正確的。

(2)通過分析論證，發(fā)現(xiàn)氨壓縮機(jī)防喘振工作點(diǎn)接近防喘振線時(shí)，機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)并未達(dá)到喘振工況。該氨壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)采用ITCC控制技術(shù)，具有以下特點(diǎn)：①ITCC控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的防喘振控制技術(shù)，可以精確檢測(cè)出壓縮機(jī)的工作點(diǎn)并將工作點(diǎn)盡可能靠近控制線，從而在保證壓縮機(jī)安全的情況下，減少蒸汽消耗量；②喘振控制器可以選擇自動(dòng)、半自動(dòng)、全手動(dòng)3種工作模式，正常情況下一般投用半自動(dòng)模式，工作點(diǎn)移向喘振區(qū)時(shí)，防喘振閥將打開；③壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振或聯(lián)鎖停車，防喘振閥快速全開，從而保證壓縮機(jī)組的安全。從ITCC控制技術(shù)在國(guó)內(nèi)外化工領(lǐng)域的應(yīng)用來看，該技術(shù)十分成熟可靠，不是引起氨壓縮機(jī)一段防喘振閥開度大的原因[1]。因此，初步判斷導(dǎo)致氨壓縮機(jī)一段防喘振閥開度大的原因是防喘振曲線的設(shè)定存在偏差。

(3)查閱工藝設(shè)計(jì)文件時(shí)，發(fā)現(xiàn)變換工段的變換氣設(shè)計(jì)值為147 762 m3/h(標(biāo)態(tài))，而低溫甲醇洗工段進(jìn)氣量為155 246 m3/h(標(biāo)態(tài))，即低溫甲醇洗工段是按5%的富余量進(jìn)行設(shè)計(jì)的。根據(jù)低溫甲醇洗工段的數(shù)據(jù)對(duì)4臺(tái)氨冷器進(jìn)行熱負(fù)荷核算，其總蒸發(fā)量為14 913 m3/h(標(biāo)態(tài))，而氨壓縮機(jī)一段入口流量設(shè)計(jì)值為17 106 m3/h(標(biāo)態(tài))。

綜上所述，氨壓縮機(jī)的防喘振性能曲線是根據(jù)理論數(shù)據(jù)設(shè)置，與實(shí)際工藝指標(biāo)存在一定的偏差，導(dǎo)致氨壓縮機(jī)防喘振性能曲線不能滿足其降負(fù)荷運(yùn)行的要求。

4 性能曲線修正試驗(yàn)

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)計(jì)算得知，理論上可以將氨壓縮機(jī)喘振線向左移動(dòng)，以增大其運(yùn)行空間[2]。在試驗(yàn)過程中，通過觀察進(jìn)口流量值判斷其是否發(fā)生喘振，當(dāng)動(dòng)態(tài)壓差超過穩(wěn)定狀態(tài)的20%而沒有其他指示時(shí)，可以認(rèn)為氨壓縮機(jī)發(fā)生喘振。同時(shí)，為了更直接地觀察喘振初期的現(xiàn)象，在氨壓縮機(jī)出口管路安裝1只精密壓力表，當(dāng)精密壓力表指針回?cái)[壓力下降時(shí)，可以認(rèn)為氨壓縮機(jī)發(fā)生了喘振初期現(xiàn)象[3]，此時(shí)應(yīng)快速將防喘振閥全開，消除喘振現(xiàn)象，并記錄下喘振壓差等試驗(yàn)參數(shù)[4]。

在氨壓縮機(jī)性能曲線修正試驗(yàn)中，分別平移氨壓縮機(jī)一段防喘振曲線中的部分區(qū)域，以確定氨壓縮機(jī)性能曲線的最佳修正數(shù)據(jù)。

在進(jìn)行氨壓縮機(jī)性能曲線修正試驗(yàn)時(shí)，保證氨壓縮機(jī)在80%以上的穩(wěn)定負(fù)荷進(jìn)行實(shí)測(cè)。中控操作：①將一段防喘振返回閥從半自動(dòng)調(diào)至手動(dòng)，記錄實(shí)測(cè)前的數(shù)據(jù)。②緩慢關(guān)閉一段防喘振返回閥，關(guān)閉閥位的5%記錄1次數(shù)據(jù)，保持運(yùn)行5 min。在關(guān)小防喘振返回閥時(shí)，密切關(guān)注氨壓縮機(jī)各點(diǎn)振動(dòng)、位移測(cè)點(diǎn)是否有變化。從S8000振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)和ITCC界面觀察氨壓縮機(jī)非驅(qū)動(dòng)端和驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)圖譜和趨勢(shì)、軸向位移的振動(dòng)圖譜和趨勢(shì)，振幅信號(hào)有微小的突變表示氨壓縮機(jī)可能開始出現(xiàn)喘振，中控應(yīng)快速打開一段防喘振返回閥并記錄此時(shí)的數(shù)據(jù)。③如果一段防喘振返回閥完全關(guān)閉后機(jī)組仍然未出現(xiàn)喘振，則降低負(fù)荷并按上述操作步驟再次進(jìn)行實(shí)測(cè)。④如果在關(guān)閉一段防喘振返回閥時(shí)機(jī)組發(fā)生喘振，應(yīng)立即開大防喘振返回閥進(jìn)行調(diào)整；若調(diào)整無法使喘振消除，操作人員應(yīng)立即按緊急停車進(jìn)行處理；如果緊急停車出現(xiàn)問題無法實(shí)現(xiàn)停車，應(yīng)立即通知現(xiàn)場(chǎng)人員打閘停車，同時(shí)記錄喘振時(shí)的數(shù)據(jù)。⑤停車后轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降為零，立即啟動(dòng)電動(dòng)盤車，認(rèn)真檢查干氣密封和油系統(tǒng)的運(yùn)行情況。

現(xiàn)場(chǎng)操作：①監(jiān)視氨壓縮機(jī)出口精密壓力表指針是否有變化；②監(jiān)聽壓縮機(jī)高、低壓缸是否有異常聲響。

5 試驗(yàn)結(jié)果

氨壓縮機(jī)性能曲線修正前后數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

根據(jù)氨壓縮機(jī)生產(chǎn)企業(yè)提供的理論公式和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，重新計(jì)算出接近實(shí)際喘振區(qū)域的喘振線坐標(biāo)，對(duì)ITCC原有的防喘曲線進(jìn)行了修正，修正前、后氨壓縮機(jī)防喘振性能曲線如圖1和圖2所示。

表1 氨壓縮機(jī)性能曲線修正前后數(shù)據(jù)對(duì)比

圖1 修正前氨壓縮機(jī)防喘振性能曲線

圖2 修正后氨壓縮機(jī)防喘振性能曲線

從氨壓縮機(jī)性能曲線修正試驗(yàn)結(jié)果可以看出，修正后的氨壓縮機(jī)防喘振性能曲線明顯向橫坐標(biāo)左端移動(dòng)，使氨壓縮機(jī)獲得更大的工作區(qū)間，在相同工況下，防喘振閥開度明顯減小，回流量減少，氨壓縮機(jī)負(fù)荷降低。即在氨壓縮機(jī)進(jìn)口流量為13 420 m3/h(標(biāo)態(tài))情況下，氨壓縮機(jī)防喘閥可以全關(guān)，蒸汽消耗量為18.52 t/h左右，比修正前減少了4.19 t/h，年可節(jié)約生產(chǎn)成本450萬元。同時(shí)，氨壓縮機(jī)一段工作控制點(diǎn)遠(yuǎn)離防喘區(qū)域，機(jī)組運(yùn)行區(qū)間大幅提高，運(yùn)行更加平穩(wěn)，有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。