用于氨壓縮冷凝的螺桿壓縮機組自動控制技術改造

趙江華，肖 升

（甕福達州化工有限責任公司，四川 達州 635000）

甕福達州化工有限責任公司磷酸二銨裝置液氨罐區(qū)配備的液氨儲罐為半冷凍式低壓球罐，正常操作壓強為0～800 kPa。液氨罐區(qū)配套有2 臺螺桿壓縮機組（1 用1 備），用于液氨球罐的降壓保冷［1］。液氨來源主要為園區(qū)工廠的管道輸送液氨，因進氨溫度在-10～0 ℃，液氨儲罐壓強基本在正常操作壓強之內(nèi)，故這2臺螺桿壓縮機組投用率較低，單臺機組年均投用時間＜100 h。螺桿壓縮機組配置有可編程邏輯控制柜（PLC），有手動操作、自動操作兩種運行模式，因考慮到機組本身投用少、機組復雜、安全等因素，一直以來螺桿壓縮機組使用手動操作模式。

近年的危險與可操作性分析（HAZOP）、保護層分析（LOPA）中，螺桿壓縮機組要作為液氨儲罐獨立的保護設施，則須螺桿壓縮機組自動運行。在實際采用自動模式操作螺桿壓縮機組時，發(fā)現(xiàn)機組雖有此功能，但不能正常投用。經(jīng)分析螺桿壓縮機組運行原理、自動控制原理，筆者查找出原因，給出解決辦法，僅供類似情況參考。

1 螺桿壓縮機組的結構及原理

1.1 螺桿壓縮機組的結構及氣氨壓縮流程

用于氣氨壓縮冷凝的螺桿壓縮機組，其核心原理是利用氨在常溫下加壓至700～800 kPa就能液化成液氨的特性。液氨罐區(qū)的螺桿壓縮機組，一般由氨壓縮機、油分離器、油冷卻器、氨冷卻器、儲氨器、油泵以及電儀控制系統(tǒng)組成［2］。來自液氨儲罐的氣氨，經(jīng)氨壓縮機做功壓縮成高壓氣氨，油氣混合的高壓氣氨經(jīng)油分離器，分離出高壓氣氨和潤滑油。潤滑油經(jīng)油冷卻器冷卻后，再返回氨壓縮機循環(huán)使用。高壓氣氨經(jīng)氨冷卻器換熱后，進入儲氨器，最終經(jīng)管路送入液氨罐（其工作流程見圖1）。

圖1 氣氨壓縮流程

1.2 儲氨器V301自動啟停原理

儲氨器V301 設置有手動、自動功能。自動模式下，若氨壓縮機C301A/B停機，閥門HV-7106會自動關閉；若氨壓縮機C301A/B 開機，閥門HV-7106 會根據(jù)儲氨器V301 設置的液位高低自動調(diào)節(jié)開度，以控制儲氨器V301的液位。

1.3 氨壓縮機C301A/B自動啟停原理

在自動模式下，設定進口壓強控制值和控制差幅，若氨壓縮機監(jiān)測到進口實際壓強＞控制值+差幅，氨壓縮機自動啟動降壓；若氨壓縮機監(jiān)測到進口實際壓強＜控制值+差幅，氨壓縮機自動停機。

2 存在問題及原因分析

2.1 氨壓縮機排氣壓力高報聯(lián)鎖停機問題

在儲氨器V301自動模式下，若儲氨器V301的液位值比設定值低，則HV-7106 處于關閉狀態(tài)。此情景下，自動啟動運行氨壓縮機C301A/B，氨壓縮機C301A/B排氣壓力很快會超過高報聯(lián)鎖值，將會高報聯(lián)鎖停機；氨壓縮機啟動的瞬間存在氣壓波動，儲氨器V301 的液位檢測值波動到設定液位值以下時，閥門HV-7106將會關閉。

2.2 聯(lián)鎖停機后氨壓縮機反復自動啟停問題

因液氨罐的壓力值沒有引入氨壓縮機的PLC控制柜，氨壓縮機自動工況下，只能選擇氨壓縮機的吸氣壓力為自動模式的控制壓力。氨壓縮機進口設置有吸氣止逆閥，在自動模式停機下，閥門HV-7106 關閉，氨壓縮機C301A/B 與儲氨器V301 間的高壓氣氨短時間內(nèi)不能自動卸放，氨壓縮機PLC系統(tǒng)檢測到吸氣壓高，自動模式下，停機5 min 后，會自動啟動氨壓縮機C301A/B，如此反復循環(huán)啟停氨壓縮機C301A/B。

3 解決對策

3.1 氨壓縮機排氣壓力高報聯(lián)鎖停機問題對策

方法1：將儲氨器V301液位聯(lián)鎖開啟閥門HV-7106，升級為氨壓縮機C301A/B排氣壓力或儲氨器V301 液位值（2 選1）聯(lián)鎖開啟閥門HV-7106。方法2：氨壓縮機C301A/B 啟動電流值作為聯(lián)鎖開啟閥門HV-7106 的條件，即儲氨器V301 的PLC 系統(tǒng)一監(jiān)測到氨壓縮機C301A/B啟動，就聯(lián)鎖打開閥門HV-7106，保持出口管路暢通，避免出口憋壓導致壓力升高；調(diào)節(jié)閥門HV-7106的PID參數(shù)，提升閥門HV-7106 的動作靈敏性和可靠性，減少因閥門HV-7106動作不靈敏導致的憋壓情況。

3.2 聯(lián)鎖停機后的反復自動啟停問題對策

工程技術對策：通過工程整改，將液氨罐的壓力值引入到氨壓縮機的PLC，在自動模式下，能實現(xiàn)選擇液氨罐的壓力值控制氨壓縮機的啟停。引入罐體的壓力檢測點需遠離管口的位置，減少吸氣時對壓力檢測點的干擾。該措施能從根本上解決此問題。

操作優(yōu)化對策：調(diào)整參數(shù)，設置差幅值＞壓縮機最小壓差值，調(diào)節(jié)吸氣低壓報警聯(lián)鎖值，提前降低壓縮的能級。舉例說明：若氨壓縮機最低負載10%時，吸排氣壓差是400 kPa，液氨罐壓強要求控制在750 kPa 以下，則設置參數(shù)為控制點吸氣壓強500 kPa，控制差幅250 kPa，即吸氣壓強為750 kPa時自動啟動氨壓縮機，吸氣壓強為250 kPa時自動停止氨壓縮機。設置氨壓縮機吸氣低壓報警值300 kPa，吸氣低壓聯(lián)鎖停機值240 kPa，即實現(xiàn)吸氣壓強降低至250 kPa 時，壓縮機已自動減載到最低能級運行，降低停機前壓縮機進出口壓差值。該設置操作，理論上是可以解決聯(lián)鎖停機后氨壓縮機的反復自動啟停問題，但存在氨壓縮機一次性降壓超過400 kPa，壓縮機組會長時間運行，運行成本較高。

其他措施：通過程序設置1 h 內(nèi)最多允許啟動次數(shù)。例如：現(xiàn)狀是每次開停機間隙是5 min，可延長間隙時間至20 min，在一定程度上可以減少啟停次數(shù)。這種措施存在一定缺陷，例如特殊工況發(fā)生機組意外跳停，液氨罐壓力又偏高，在正需要啟動氨壓縮機時，需要消耗更多時間才能啟動機組。

3.3 其他問題對策

由于崗位員工擔心儀表自動化設施不可靠，不愿意選擇自動操作模式。例如：若自動控制閥門HV-7106關不死，則存在液氨罐的液氨倒灌進入儲氨器V301、氨壓縮機C301A/B 內(nèi)，產(chǎn)生其他安全風險。故若選擇自動操作模式，還需要機組配套儀表設施、閥門運行穩(wěn)定、可靠，關鍵位置的閥門選擇滿足SIL1或SIL2級別的閥門。

4 小結

結合實際操作工況，分析設備結構原理、控制邏輯，排查原因，是解決類似問題的主要方法。實測各種操作模式，提前發(fā)現(xiàn)問題，便于在試用期、質(zhì)保期內(nèi)就解決問題，降低后期解決問題的成本。