離心式二氧化碳壓縮機組喘振原因及對策分析

賈玨

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100）

離心式二氧化碳壓縮機組在運行時，由汽輪機帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，由吸入室吸入工藝氣體，并隨葉輪旋轉(zhuǎn)，在獲得動能后，經(jīng)葉片間通道沿著半徑方向甩出，并進(jìn)入流通面積逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓器中，將動能轉(zhuǎn)化為壓力能，從而達(dá)到給工藝氣體增壓的目的。離心式二氧化碳壓縮機組正常運轉(zhuǎn)時，其噪聲持續(xù)穩(wěn)定且相對較低，若機組出現(xiàn)喘振的情況，則噪聲明顯增大，且會出現(xiàn)周期性的喘氣聲或者吼叫聲，機組以及管道會出現(xiàn)較大振動，有時也可能出現(xiàn)爆音。機組喘振問題嚴(yán)重威脅生產(chǎn)安全，在生產(chǎn)過程中引起高度重視，積極預(yù)防，盡早發(fā)現(xiàn)，及時處理，充分保障離心式二氧化碳壓縮機組安全運行。

1 離心式二氧化碳壓縮機組喘振原因

離心式二氧化碳壓縮機的工作原理是利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪來增加氣體壓力，增壓的過程在葉輪以及擴(kuò)壓器內(nèi)部完成。當(dāng)機組內(nèi)部氣體流量降低到某個特定值時，葉輪葉道會發(fā)生氣流旋轉(zhuǎn)脫離的情況，脫離的氣流在葉道中會形成漩渦，并占據(jù)葉道大部分位置，此時，機組氣流就會出現(xiàn)嚴(yán)重阻塞，導(dǎo)致機組出氣口的壓力顯著下降。由于管網(wǎng)本身具有一定容積，管網(wǎng)中氣體壓力不會快速下降，就會出現(xiàn)機組出口的氣體壓力明顯低于管網(wǎng)氣體壓力的情況，使得管網(wǎng)中的氣體出現(xiàn)倒流的情況，這種現(xiàn)象直到機組出口壓力與管網(wǎng)氣體壓力保持一致時才能停止。

隨后，受葉輪旋轉(zhuǎn)作用，氣體壓力重新升高，當(dāng)機組出口氣體壓力高于管網(wǎng)氣體壓力時，機組運行正常，氣體正向流動，管網(wǎng)中氣體壓力逐步提升，相應(yīng)的氣體流量又再次下降，氣體倒流的現(xiàn)象又再次發(fā)生，由于機組、管網(wǎng)反復(fù)出現(xiàn)倒流、正流的情況，機組會出現(xiàn)周期性氣流振蕩，這種情況就被稱為機組喘振。

2 離心式二氧化碳壓縮機組喘振危害

離心式二氧化碳壓縮機組喘振的危害性極大，若機組在喘振的情況下持續(xù)運行會造成嚴(yán)重后果，具體表現(xiàn)為以下幾方面：一是機組喘振會嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率，并且對產(chǎn)品質(zhì)量也會造成影響，損害工廠經(jīng)濟(jì)效益。二是機組喘振可能會導(dǎo)致機組O 形環(huán)、密封等零件損壞；會對止推軸承造成沖擊，導(dǎo)致軸承油膜被破壞，損壞軸承；會破壞油密封系統(tǒng)，使油膜密封的油氣壓差失調(diào)，造成油膜密封故障。三是會影響機組整體安裝質(zhì)量，導(dǎo)致機組各部分已經(jīng)調(diào)整好的間隙值發(fā)生變化，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致軸承變形，進(jìn)而加劇機組喘振現(xiàn)象。四是機組喘振會導(dǎo)致機組部分儀表靈敏性下降甚至失靈，會嚴(yán)重影響機組正常運行。

3 離心式二氧化碳壓縮機組喘振的對策

3.1 壓縮機的氣量控制

這種方式主要是控制機組氣量，使其持續(xù)性超過一定轉(zhuǎn)速下的喘振流量，這是預(yù)防機組喘振問題最常用的措施之一，具體的做法是將機組出口的氣體循環(huán)返回到機組吸入口，在這種情況下，機組氣量就可以持續(xù)保持在較高水平，可以避免出現(xiàn)氣體倒流的情況，進(jìn)而防止機組喘振。出于這一目的，在工藝流程中設(shè)置了防喘振閥，其主要的作用是將四段出口管道與入口管道連接，從而使四段出口的氣體重新返回至入口，確保機組氣量保持在相應(yīng)的水平。為避免由于壓力驟降出現(xiàn)干冰現(xiàn)象，在該部位還要接一根二段出口管道進(jìn)行加溫。一般情況下，防喘振閥一般主要是在低負(fù)荷生產(chǎn)、處理緊急事故或者是緊急開停機時開啟，以起到防止機組喘振的效果。

3.2 壓力監(jiān)控

壓力監(jiān)控主要是針對合成氨裝置而言，對合成氨裝置的的二氧化碳壓力變化情況進(jìn)行有效監(jiān)測，可以使技術(shù)操作人員及時掌握離心式二氧化碳機組入口壓力變化的情況，從而適時進(jìn)行調(diào)整控制，使其保持在合理的范圍內(nèi)。具體的做法是，機組操作人員可以將再生塔的壓力信號與尿素DCS 顯示屏進(jìn)行連接，這樣就可以實時監(jiān)控機組入口二氧化碳的壓力變化情況，在機組實際運行過程中，一般需要將機組入口二氧化碳壓力控制在88 ～92kPa，這對于預(yù)防機組喘振也具有良好效果。

3.3 尿素高壓合成系統(tǒng)的控制

控制尿素高壓合成系統(tǒng)的壓力，其根本目的在于有效控制機組四段出口的壓力，在實際生產(chǎn)過程中，壓縮機四段出口背壓隨尿素高壓合成系壓力而變化，在生產(chǎn)過程中，因操作人員操作不當(dāng)或者失誤以及設(shè)備儀表控制系統(tǒng)故障等問題而導(dǎo)致高壓合成系統(tǒng)氨碳比、水碳比出現(xiàn)失調(diào)的情況時，系統(tǒng)壓力將上升，若壓力上升幅度較大時，壓縮機會因四段出口壓力過高而進(jìn)入喘振區(qū)，機組就會出現(xiàn)喘振的現(xiàn)象。為有效預(yù)防機組喘振問題，在正常生產(chǎn)中，需要合理控制機組尿素高壓合成系統(tǒng)的壓力，而其中最關(guān)鍵的是控制好高壓系統(tǒng)的氨碳比，一般來說，氨碳比比控制在2.9 ～3.1（mol/mol）最佳，水碳比控制在0.38 ～0.46（mol/mol)最佳，而尿素高壓合成系統(tǒng)的壓力控制在13.8 ～14.5MPa 最佳，在此條件下，離心式二氧化碳機組可以保持良好的運行狀態(tài)，不會出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，影響正常生產(chǎn)。

3.4 CO2 氣體純度變化

因CO2氣體純度變化導(dǎo)致機組出現(xiàn)喘振現(xiàn)象主要有兩種情況，其一是合成氨裝置脫碳工序再生塔的再沸器氣體泄漏，使高壓的氫氮混合氣漏到脫碳溶液中，該溶液在再生塔中再生時，將大量的氫氮氣和CO 氣同時釋放。其二是脫碳工序中吸收塔液位波動，并且氣液分離器發(fā)生損壞，導(dǎo)致進(jìn)入再生塔中的脫碳溶液帶有氫氮氣。出現(xiàn)這兩種情況時，會導(dǎo)致機組分子量顯著降低，進(jìn)而使機組出現(xiàn)喘振現(xiàn)象?；诖?，在機組實際運行過程中，必須要注意控制O2氣體純度變化，避免再生塔中產(chǎn)生過多氫氮氣，影響二氧化碳?xì)怏w純度，進(jìn)而導(dǎo)致機組出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。

3.5 透平抽氣量的控制

離心式二氧化碳壓縮機組在運行過程中，尤其是啟停時，由于機組抽氣量出現(xiàn)波動，導(dǎo)致機組的功率不足，由此引發(fā)的喘振現(xiàn)象也比較常見。針對此問題，需要使尿素高壓系統(tǒng)以及各蒸汽包保持穩(wěn)定，同時，合理控制透平抽氣量，這幾方面的因素是導(dǎo)致機組喘振的根本原因。某化肥廠在生產(chǎn)過程中，由于高壓合成塔故障，導(dǎo)致汽提塔斷料，進(jìn)而致使蒸汽銳減，機組抽氣量在短時間內(nèi)從41t/h 下降至不足10t/h，機組出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，待故障修復(fù)后，機組抽氣量恢復(fù)正常后，機組振喘現(xiàn)象消失，恢復(fù)正常運行。由此可以看出，離心式二氧化碳壓縮機組處于生產(chǎn)狀態(tài)下時，有效控制機組透平抽氣量極為關(guān)鍵，否則，一旦機組透平抽氣量明顯下降，必然會發(fā)生機組喘振現(xiàn)象，導(dǎo)致生產(chǎn)持續(xù)性受到影響，降低工廠生產(chǎn)效益。

4 結(jié)語

綜上所述，離心式二氧化碳機組在尿素生產(chǎn)過程中具有重要作用，機組喘振作為比較常見的機組故障之一，會嚴(yán)重影響機組的安全、穩(wěn)定運行，機組操作人員在實際操作過程中，要注意有效控制機組氣量、透平抽氣量、CO2氣體純度、尿素高壓合成系統(tǒng)壓力，并對合成氨裝置的壓力進(jìn)行實時監(jiān)控，以有效預(yù)防喘振現(xiàn)象。