PSA 裝置噴水工藝螺桿壓縮機(jī)試車問題及解決措施

張紅艷，李 輝，李榮良

（1.山東華魯恒升化工股份有限公司，山東德州 253000；2.德州實(shí)華化工有限公司，山東德州 253000）

1 某化工企業(yè)PSA 裝置試車過程中存在的問題

某化工企業(yè)PSA（Pressure Swing Absorb，變壓吸附）制氫裝置因解析氣氣量大，入口壓力低，壓比高等特點(diǎn)，解析氣壓縮機(jī)壓縮機(jī)選用非常關(guān)鍵。在經(jīng)過綜合對比后，解析氣壓縮機(jī)采用一臺噴水工藝螺桿壓縮機(jī)和兩臺往復(fù)式壓縮機(jī)串聯(lián)運(yùn)行，兩臺往復(fù)式壓縮機(jī)一開一備。本裝置的噴水工藝螺桿壓縮機(jī)的作用是將解析氣從0.01 MPa（G.）加壓至0.56 MPa（G.），然后送到后面的往復(fù)壓縮機(jī)進(jìn)一步壓縮提壓（表1）。

安裝完成之后，調(diào)試期間，出現(xiàn)了一些問題，如：因平衡管平衡壓力的效果不好，平衡管壓力隨排氣壓力升高而不斷升高，驅(qū)動端軸承溫度高，入口設(shè)計(jì)參數(shù)波動，排氣帶液等。因?yàn)閴嚎s機(jī)已經(jīng)安裝，時(shí)間比較緊，壓縮機(jī)機(jī)組不好調(diào)整。通過與設(shè)備廠家、干氣密封廠家溝通，對干氣密封的供氣壓力、氣量等方面做適當(dāng)調(diào)整，對驅(qū)動端加油閥門做適當(dāng)改進(jìn)，對工藝操作做適當(dāng)調(diào)整等方法，最終解決問題，完成了螺桿壓縮機(jī)的順利試車工作，也實(shí)現(xiàn)了工藝螺桿壓縮機(jī)在本企業(yè)的首次成功投用和安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 問題分析及解決方案

2.1 平衡管問題

解析氣螺桿壓縮機(jī)的平衡管平衡能力按設(shè)計(jì)要求應(yīng)與壓縮機(jī)入口壓力一致，若螺桿壓縮機(jī)平衡管的平衡效果良好，按照設(shè)計(jì)應(yīng)為0.01 MPa（G.），前置密封氣的設(shè)計(jì)壓力為0.03 MPa，只要保證前置氣與平衡管壓差≥0.005 MPa，就能保證壓縮機(jī)正常運(yùn)行。但在實(shí)際試車運(yùn)行過程中，平衡管的壓力隨壓縮機(jī)排氣壓力的上升而上漲。平衡管取壓點(diǎn)的位置不能真正反映陰陽轉(zhuǎn)子驅(qū)動端迷宮密封處的壓力，從而導(dǎo)致干氣密封盤站上的前置氣壓力也隨之上漲，前置氣與平衡管之間的壓差表也不能正確反映實(shí)際的壓差。

表1 螺桿壓縮機(jī)和干氣密封主要設(shè)計(jì)參數(shù)

在平衡管管路上增加一塊現(xiàn)場壓力表（0～0.6 MPa），通過與干氣密封上的平衡管取壓點(diǎn)的壓力對比，來檢測平衡管的實(shí)際壓力。經(jīng)過多次試車分析總結(jié)，在現(xiàn)場平衡管的壓力與干氣密封盤站上取壓點(diǎn)的壓力有一定壓差，且驅(qū)動端陰陽轉(zhuǎn)子迷宮密封處的實(shí)際壓力要高于現(xiàn)場平衡管的壓力。

因?yàn)槁輻U壓縮機(jī)平衡管效果不佳，導(dǎo)致干氣密封前置氣密封腔驅(qū)動端與非驅(qū)動端壓力不一致且平衡管壓力較高，使注入前置氣的壓力超過干氣密封系統(tǒng)的設(shè)計(jì)值，干氣密封控制系統(tǒng)的前置氣就地壓力表超量程。經(jīng)過多次試車，平衡管壓力基本在0.08 MPa（G.），系統(tǒng)驅(qū)動端前置氣壓力為0.18 MPa（G.），非驅(qū)動端前置氣壓力約0.09 MPa（G.）。根據(jù)系統(tǒng)密封氣與前置氣壓差正常設(shè)定值為≥0.2 MPa（G.），則密封氣壓力應(yīng)≥0.38 MPa（G.），而現(xiàn)場氮?dú)庠礊?.35 MPa（G.），無法滿足現(xiàn)場開車要求。

經(jīng)多次試車與總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，決定提高干氣密封盤站氮?dú)庠纯偣軌毫?。重新配管，提供穩(wěn)定、連續(xù)且充足的1.0 MPa（G.）氮?dú)庠?，?jīng)減壓閥調(diào)壓至0.7 MPa（G.）后引至干氣密封控制系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)部更換前置氣驅(qū)動端與非驅(qū)動端兩塊就地壓力表（從0～0.1 MPa 換成了0～0.6 MPa），密封氣主管路閥后壓力設(shè)定值改為0.5 MPa（G.），保證密封氣注入，前置氣主管路減壓閥因受出口調(diào)壓限制（初期設(shè)計(jì)按照出口壓力為0.2 MPa（G.），需要打開旁路閥調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)閥后壓力為0.4 MPa（G.），經(jīng)孔板限流后進(jìn)入前置氣驅(qū)動端與非驅(qū)動端，因前置氣驅(qū)動側(cè)與非驅(qū)動側(cè)壓力不平衡，驅(qū)動側(cè)壓力偏高，因此前置氣驅(qū)動側(cè)氣量會略微增加，總氮?dú)夂牧吭黾訛?0 Nm3/h 左右，為216～230 Nm3/h（表2）。

干氣密封氮?dú)庠磯毫安糠謪?shù)調(diào)整修正后，再一次試車，在螺桿壓縮機(jī)各項(xiàng)參數(shù)正常運(yùn)行前提下不斷提高排氣壓力，獲得的最終數(shù)據(jù)能夠滿足現(xiàn)場使用要求（表3）。

2.2 其他問題

（1）驅(qū)動端的軸承溫度有些高，最高達(dá)到77 ℃，而報(bào)警溫度為80 ℃。經(jīng)分析，注油器上各注油點(diǎn)的控制閥門采用針型截止閥，通量比較小，驅(qū)動端閥門全開的情況下，壓力只有0.2 MPa（G.）。將驅(qū)動端的兩個(gè)注油器的針型閥改為通量大的球閥后，調(diào)節(jié)球閥將壓力調(diào)至0.35 MPa（G.），運(yùn)行一段時(shí)間后軸承溫度最終穩(wěn)定在66 ℃左右，下降了約10 ℃。

（2）螺桿壓縮機(jī)的入口設(shè)計(jì)壓力為0.01 MPa（G.），設(shè)計(jì)溫度為40 ℃，但實(shí)際開車前期，PSA 裝置的出氣壓力為波動工況，而溫度也會隨環(huán)境溫度發(fā)生變化，這樣就造成了螺桿壓縮機(jī)的入口壓力波動。溫度也會隨季節(jié)不同有相應(yīng)變化，這樣就會引起電流波動，軸承振動也有明顯波動。后經(jīng)緩慢的工藝調(diào)整，盡可能縮小入口壓力的波動范圍并接近螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)壓力，這樣電流和振動波動也相應(yīng)減小。

（3）空氣試車時(shí)，當(dāng)壓縮機(jī)出口壓力低于0.3 MPa（G.）時(shí)，分離罐氣相出口有帶液現(xiàn)象。這是因?yàn)楫?dāng)空氣試車時(shí)排氣壓力為0，噴液系統(tǒng)的內(nèi)循環(huán)未建立，部分噴液水隨氣相排出，造成氣相帶液現(xiàn)象。當(dāng)壓縮機(jī)出口壓力高于0.3 MPa（G.）時(shí)，噴液系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)能快速建立，噴液水循環(huán)使用，可以基本解決氣相帶液問題。而且在螺桿壓縮機(jī)配套的分離罐后面又增加了一個(gè)大的氣液分離罐，兩重保護(hù)，確保液體不被帶入往復(fù)壓縮機(jī)。

3 結(jié)論

（1）針對螺桿壓縮機(jī)平衡管問題，采取的措施有：①可將驅(qū)動端和非驅(qū)動端分別密封，不用平衡管聯(lián)通，但是這樣會造成密封氣總管壓力提高，用氣量也會增加；②使用平衡管，讓設(shè)備廠通過可靠的方案，如增加平衡盤結(jié)構(gòu)等，將平衡管壓力降到最低；③壓縮機(jī)不做改變，提高干氣密封的整體設(shè)計(jì)壓力，滿足平衡管能達(dá)到的最大壓力，這樣也會提高整體的干氣密封盤站和部分儀表的耐壓等級，總耗氣量也會增加。本裝置的干氣密封本體設(shè)計(jì)壓力為0.7 MPa（G.），改為高壓氣源易誤操作損壞密封，前置密封驅(qū)動端壓力表等已滿量程，前置氣減壓后為0.35 MPa（G.），自力式調(diào)節(jié)閥已全開，而且開了部分旁路，已經(jīng)起不到獲得穩(wěn)定的氣源動力的作用，此調(diào)節(jié)閥也已超量程。所以只能將氮?dú)夤芫W(wǎng)的1.0 MPa（G.）氮?dú)庾鳛榈獨(dú)庠?，在進(jìn)入干氣密封系統(tǒng)前增加減壓閥，閥后壓力設(shè)置為0.7 MPa，否則就會超壓。本裝置螺桿壓縮機(jī)排氣壓力基本穩(wěn)定在0.53 MPa，干氣密封的耐壓等級夠用。如果排氣壓力增大或平衡管壓力再升高，則干氣密封有可能滿足不了使用要求，所以在設(shè)計(jì)階段一定要綜合考慮。

表2 干氣密封盤站壓力表更改參數(shù)后的數(shù)據(jù)

表3 調(diào)整干氣密封氣源壓力及參數(shù)后試車數(shù)據(jù)

（2）設(shè)計(jì)院提供的入口壓力、溫度參數(shù)盡量要準(zhǔn)確或一個(gè)范圍，可以讓主機(jī)廠進(jìn)行綜合分析，考慮各種工況并進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，避免電機(jī)功率選型小。實(shí)際試車過程中，最大排氣壓力達(dá)到0.56 MPa（G.）時(shí)，電流已達(dá)194 A，額定電流為201 A，若稍有波動就會出現(xiàn)超電流現(xiàn)象。

（3）針對螺桿壓縮機(jī)排氣壓力低于0.3 MPa（G.）、排氣帶液的問題，通過提高排氣壓力，建立噴液循環(huán)，解決帶液問題。

（4）試車過程中出現(xiàn)的各種問題，通過與主機(jī)廠和配套廠商溝通分析解決，為壓縮機(jī)的順利試車和投用提供了保障，也為螺桿壓縮機(jī)在實(shí)際的化工行業(yè)運(yùn)行的推廣積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。