兩級(jí)串聯(lián)式無(wú)油螺桿壓縮機(jī)在南海氣田群低壓火炬氣回收應(yīng)用中的儀電調(diào)試淺析

摘 要：南海底下儲(chǔ)藏著超過(guò)2 000億m3的天然氣資源，運(yùn)用無(wú)油螺桿壓縮機(jī)回收不僅環(huán)保，而且還能提高產(chǎn)氣效率?，F(xiàn)介紹了用于回收天然氣的螺桿式壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)組成，并按照工藝設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng);同時(shí)，對(duì)調(diào)試投產(chǎn)過(guò)程中以工藝為導(dǎo)向，遇到問(wèn)題后快速理清思路推導(dǎo)解決問(wèn)題的方法這一過(guò)程進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：無(wú)油螺桿壓縮機(jī);工藝設(shè)計(jì);變頻器加循環(huán)回流調(diào)節(jié)自動(dòng)控制

1? ? 機(jī)組工藝設(shè)計(jì)

兩臺(tái)螺桿壓縮機(jī)分別由兩臺(tái)防爆變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，頻率范圍5～60 Hz，壓縮機(jī)冷卻采用噴液工藝，保證壓縮機(jī)出口溫度小于85 ℃。工藝末端設(shè)置氣液分離罐，配置排液系統(tǒng)。閃蒸罐壓力約100 kPa（G），溫度20 ℃左右的混合烴類天然氣，安裝有自動(dòng)調(diào)節(jié)的放空閥，設(shè)定壓力為100 kPa（G），超過(guò)100 kPa（G）時(shí)會(huì)自動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行放空。經(jīng)一級(jí)壓縮后的氣體壓力為460 kPa（G），經(jīng)過(guò)極間冷卻，到二級(jí)入口再次壓縮，排氣壓力為1 750 kPa（G），過(guò)二級(jí)冷卻器冷卻后經(jīng)氣液分離罐進(jìn)行氣液分離，最后外輸至后續(xù)工藝管道，外輸管道上設(shè)有循環(huán)回流閥和卸荷閥。

2? ? 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一級(jí)入口設(shè)定需要比閃蒸罐的放空閥壓力低，閃蒸罐放空壓力設(shè)定為100 kPa（G），那么一級(jí)入口壓力設(shè)定范圍就在100 kPa（G）以下的區(qū)間。一級(jí)壓縮機(jī)入口的壓力控制根據(jù)兩個(gè)條件，一是根據(jù)一級(jí)主電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，二是循環(huán)回流閥調(diào)節(jié)。根據(jù)以上工藝條件，分別設(shè)置兩個(gè)設(shè)定壓力值。在啟動(dòng)初級(jí)階段，將循環(huán)回流閥的壓力設(shè)定值維持在85～90 kPa（G），此時(shí)循環(huán)回流閥由原來(lái)的全開(kāi)狀態(tài)開(kāi)始緩慢關(guān)閉，出口壓力開(kāi)始上升。機(jī)組穩(wěn)定外輸后，出口壓力維持在1 700 kPa（G）以上，此時(shí)循環(huán)回流閥已全部關(guān)閉，入口壓力持續(xù)上升，這時(shí)需要一級(jí)變頻電機(jī)的控制參與，將變頻電機(jī)的壓力設(shè)定為95 kPa（G），當(dāng)壓力超過(guò)這個(gè)值后，變頻器開(kāi)始加速，保證閃蒸罐內(nèi)部的壓力始終維持在100 kPa（G）以下。

3? ? 調(diào)試

機(jī)組在調(diào)試運(yùn)行階段多次出現(xiàn)聯(lián)鎖跳機(jī)，后總結(jié)出分析問(wèn)題的方法和思路如下：

描述：二級(jí)出口壓力低低聯(lián)鎖停機(jī)。

設(shè)定：一級(jí)電機(jī)限制頻率18～24 Hz，二級(jí)電機(jī)限制頻率18～49.5 Hz。入口壓力控制設(shè)定為100 kPa（G）左右，二級(jí)入口壓力控制設(shè)定為450 kPa（G）。一級(jí)電機(jī)定頻18 Hz啟機(jī)，循環(huán)回流閥手動(dòng)，一級(jí)入口壓力控制設(shè)定緩慢降至95～97 kPa（G），穩(wěn)定外輸后全部切換自動(dòng)控制。

機(jī)組進(jìn)行正常的工藝氣外輸運(yùn)行一段時(shí)間后，一級(jí)入口持續(xù)升壓，最高可到190 kPa，現(xiàn)象為：入口壓力波動(dòng)，一級(jí)電機(jī)加速，壓力先上升后下降，二級(jí)入口壓力始終小于450 kPa（G），二級(jí)電機(jī)頻率持續(xù)下降，二級(jí)電機(jī)出口壓力持續(xù)下降直至“二級(jí)出口壓力低低”聯(lián)鎖停機(jī)。

處理：調(diào)整一級(jí)、二級(jí)電機(jī)的PID參數(shù)，但此現(xiàn)象依然出現(xiàn)。啟機(jī)過(guò)程中，二級(jí)出口壓力達(dá)1 300 kPa后，一級(jí)出口壓力始終比二級(jí)進(jìn)口壓力顯示小，相差50～100 kPa。在穩(wěn)定外輸后，二級(jí)電機(jī)基本上在高頻率運(yùn)轉(zhuǎn)。調(diào)小二級(jí)循環(huán)噴液閥后開(kāi)度，差值有所減小，但依然相差約50 kPa。

分析：按照正常思路考慮，二級(jí)入口壓力和一級(jí)出口壓力應(yīng)保持大致一致，中間只經(jīng)過(guò)冷卻罐。檢查發(fā)現(xiàn)二級(jí)入口壓力取樣點(diǎn)正對(duì)二級(jí)循環(huán)噴液管線噴口，從而影響了二級(jí)進(jìn)口壓力反饋正確性。

處理：（1）將二級(jí)電機(jī)的控制壓力設(shè)定由二級(jí)進(jìn)口壓力變?yōu)橐患?jí)出口壓力，測(cè)試對(duì)比發(fā)現(xiàn)，調(diào)整后二者壓力值幾乎相同（這也可說(shuō)明二級(jí)變頻電機(jī)電流始終居高不下，始終輸出高轉(zhuǎn)矩的一個(gè)誘因）;（2）重新調(diào)整二級(jí)入口壓力取壓點(diǎn)，調(diào)整后運(yùn)行效果好轉(zhuǎn)，可持續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間更長(zhǎng)，但還是會(huì)出現(xiàn)聯(lián)鎖停機(jī)。

進(jìn)一步現(xiàn)象：調(diào)看數(shù)據(jù)曲線發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)聯(lián)鎖停機(jī)時(shí)，閃蒸罐壓力并沒(méi)有一級(jí)入口壓力曲線中壓力報(bào)警時(shí)那么大，確認(rèn)問(wèn)題出現(xiàn)在一級(jí)循環(huán)噴液閥管線（一級(jí)循環(huán)噴液閥補(bǔ)液管線可能會(huì)串氣導(dǎo)致入口壓力波動(dòng)，里面的凝析油變氣體導(dǎo)致壓力增高）。觀察運(yùn)行過(guò)程中一級(jí)入口溫度始終處于低溫狀態(tài)，為0～5 ℃。

進(jìn)一步處理措施：

（1）將一級(jí)入口壓力取樣點(diǎn)轉(zhuǎn)移至入口切斷閥后的旁通管線預(yù)留口;

（2）手動(dòng)打開(kāi)循環(huán)回流閥開(kāi)度，嘗試讓一級(jí)入口溫度持續(xù)維持在10 ℃以上運(yùn)行。

這一次嘗試未能成功解決問(wèn)題，機(jī)組依然出現(xiàn)聯(lián)鎖停機(jī)。

深度分析：

（1）確認(rèn)為一級(jí)循環(huán)噴液閥補(bǔ)液管線問(wèn)題，應(yīng)該是凝析油氣化所致。前端閃蒸罐氣源溫度為13 ℃左右，但一級(jí)入口溫度會(huì)降低到0 ℃左右甚至更低，究其原因一級(jí)循環(huán)噴液閥補(bǔ)液管線至一級(jí)入口過(guò)程中，凝析油氣化過(guò)程吸熱，導(dǎo)致周圍溫度持續(xù)下降，這就解釋了為什么一級(jí)入口溫度會(huì)緩慢降低。撬體末端的氣液分離罐從罐底排液，水比凝析油重，會(huì)沉在罐底，多次排液后，分離罐中的水逐漸減少直到排空，剩下的全部是凝析油，并通過(guò)循環(huán)噴液管線，帶壓的油從分離罐底部壓入到常壓的壓縮機(jī)入口處，壓力急劇下降（由1 700 kPa（G）下降至100 kPa（G））后氣化，導(dǎo)致壓縮機(jī)入口天然氣產(chǎn)生紊流，造成一級(jí)壓縮機(jī)入口吸不到來(lái)自前段緩沖罐的來(lái)氣，入口溫度的降低將導(dǎo)致壓縮機(jī)容積效率降低（設(shè)計(jì)入口氣體溫度為19～35.5 ℃），一級(jí)壓縮機(jī)排氣流量能力降低，導(dǎo)致級(jí)間壓力低，觸發(fā)二級(jí)電機(jī)降頻減速，最終二級(jí)出口壓力持續(xù)下降，聯(lián)鎖停機(jī)。

（2）分析調(diào)取一級(jí)壓縮機(jī)入口壓力曲線，壓力大于前端閃蒸罐壓力。原因：一級(jí)壓縮機(jī)入口循環(huán)噴液中凝析油持續(xù)不斷氣化，并不斷累積產(chǎn)生氣阻，導(dǎo)致噴液處和入口管線壓力持續(xù)上漲，甚至高于閃蒸罐壓力。

分離罐改造：如圖1所示，隨著上層凝析油的不斷增加，到一定液位時(shí)會(huì)從增高的引流管內(nèi)排出，這樣始終保留底部的水來(lái)進(jìn)行循環(huán)噴液，以保障機(jī)組整體運(yùn)行的穩(wěn)定。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)這次機(jī)組投用，總結(jié)出了大量寶貴的工程經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)螺桿壓縮機(jī)在以天然氣為主的工藝氣生產(chǎn)中應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

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收稿日期：2020-03-30

作者簡(jiǎn)介：金其龍（1989—），男，上海人，維修電工技師，研究方向：螺桿機(jī)械電氣儀表自動(dòng)化設(shè)計(jì)調(diào)試。