多軸式空氣壓縮機甩負荷的原因及對策分析

王毅兵　夏良成

摘要：隨著科學技術水平的不斷進步發展，多軸式空氣壓縮機的使用也更加廣泛。文章對多軸式空氣壓縮機的控制原理進行了簡單的描述，對多軸式空氣壓縮機甩負荷的原因進行了分析，并據此提出了相應的解決對策，以期可以避免發生相類似的問題。

關鍵詞：多軸式空氣壓縮機；甩負荷；大化肥工業制造；放空閥；運行參數

中圖分類號：TH45 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）34-0079-02

多軸式空氣壓縮機在大化肥工業制造項目中的應用較為廣泛，比如其在我國塔里木化肥合成氨工藝中的應用。多軸式空氣壓縮機為工業生產帶來了極大的便利，但是一旦多軸式空氣壓縮機出現了甩負荷的情況，那么也將會對生產造成極大的損失。在塔里木化肥生產項目中就曾因工作人員調整了機組相關的運行參數，致使空氣壓縮機出現了甩負荷的現象，導致除了一段爐以及脫碳裝置之外的所有裝置“停擺”。從這上面我們也可以看出對其做好必要的防范措施是非常有必要的。

1 多軸式空氣壓縮機的簡要概述

1.1 工藝描述

多軸式空氣壓縮機在現如今的工業生產中多出現于工業化肥合成氨的制作當中。其主要的工作原理就是由蒸汽汽輪機進行驅動、壓縮機來提高齒輪箱的運轉速度。一般來講，設置在壓縮齒輪箱與蒸汽汽輪機中間的中間齒輪箱的主要作用及時減少傳遞到要壓縮機齒輪箱的轉速。現在較為常用的多軸空氣壓縮機一般是由四級壓縮以及二級壓縮兩段組成。多軸空氣壓縮機的冷水器會安裝到1級、2級、3級以及4級的出口位置。壓縮機在正常運轉的情況下，4級出口會將過濾器傳來的空氣（一般是58820Nm3/h）壓縮成1.42MPa（A），然后就會被安裝在四級出口出的水冷器冷卻到34.5℃。其中一部分的空氣會以儀表空氣、尿素防腐空氣的形式被利用。剩余部分的空氣會接著被傳送到壓縮機的第二段中，一般來講，壓縮機二段會將傳送過來的空氣壓縮到3.82MPa（A）、167℃，然后“投入”到二段爐中進行燃燒。

1.2 多軸空氣壓縮機的控制

為了可以在最大程度上實現空氣壓縮機的陰性穩定（并可以讓其在流量減少的情況下運行），空氣壓縮器會配備放空閥。放空閥的主要作用就是用來填補運行過程中和最小容積流量的差數。該閥門實現控制的方式是通過喘振控制器。依據運行的穩定與否確定喘振線，該喘振線會受到許多因素的影響（比如說溫度、壓力等）。因此在喘振線要設定一條安全線來保證留有一定的安全余量，通常會將這條線成為放空線。這條線會與喘振線持平（設置的安全余量一般是喘振流量的8%）。

空氣壓縮機一、二段的進口導葉（IGV）主要是控制壓縮機的流量以及壓力，將進口導葉開啟則會增加壓縮機的流量以及下游壓力，將其關閉則會減少壓縮機的流量以及下游壓力。空氣壓縮機在正常運行時會有最小容積流量的相關要求，如果傳遞到壓縮機的容量低于最小容積流量的設定值時則會導致葉輪“罷工”，從而致使喘振現象的發生。一旦發生喘振現象，不但會對整個空氣壓縮機的機械部件造成嚴重影響，同時也會減少空氣壓縮機的使用壽命。

防喘振閥以及導葉：如同上文所述，防喘振閥以及導葉的主要功能就是控制空氣壓縮機的流量，一般來講，一段流量導葉調節的范圍最多也只能是額定流量的30%，這也就是說一段流量導葉只能將額定流量從滿額降到額定的70%，如果還需要繼續減少流量的話，則要通過放空閥進行調整。但是如果需要調整的量大于70%，那么放空閥將會完全關閉，一段流量導葉將從最小的操作位置打開（一般來講是-55°）。相比一段流量導葉而言，二段流量導葉可以多調節8%的額定流量。同理可證，二段流量導葉只能將額定流量從滿額調整到62%，如果需要調整的流量超過了38%，那么就需要用到二段放空閥，如果需要調整的量大于62%，這是二段流量導葉將會從最小的操作位置打開（一般為-60°）。

導葉（IGV）對壓縮機的流量控制：一段流量是由一級進口的導葉進行控制，其導葉的位置角度是由氣動執行器進行調節（調節的范圍大概為-55°～+20°），該調節角度相當于開度為0%～100%。二段流量則是由五級進口的導葉進行流量控制，該導葉的位置角度也由氣動執行器進行調節（調節的范圍大概為-60°～+20°），相當于開度為0%～100%。

一段控制原理：控制一段的控制器一定要將其設置在自動模式上，其主要的工作任務就是防止空氣壓縮機喘振，除此之外，其也要具有在極端條件下可以打開放空閥的功能。一般來講一段喘振的流量設定在3450m3/h，如果壓縮機的一段實際流量高于設定值時，一段的放空閥會自動關閉，如果實際流量小于設定值時，一段放空閥會開啟。二段喘振的設定流量為1750m3/h，其余控制原理與一段相同。

一段出口的壓力控制器可以看作是一個安全控制器，它主要是由DCS控制，其也要在運行中調節為自動模式，其控制器的主要作用就是防止一段出口的壓力過大[臨界值為1.5MPa（G）]，如果壓縮機處于極端操作條件下，當其壓力大于1.5MPa（G）時，一段以及二段的放空閥都會瞬間打開，如果壓力小于該值時則會自動關閉，二段出口壓力的臨界值為4.2MPa（G），其控制原理和一段相同。

2 壓縮機甩負荷的原因及其對策研究

2.1 壓縮機甩負荷出現的原因分析

通過對壓縮機進行仔細的排查分析之后我們得出，造成壓縮機甩負荷以及放空閥突然打開的原因主要是表現在以下兩個方面：

2.1.1 當壓縮機中汽輪機的轉速降到了5743r/min以下的時候，電磁閥會出現失電現象，這個時候就有可能造成壓縮機的一段、二段放空閥的瞬間全開。

2.1.2 當壓縮機一段出口的壓力超過了[它的最大臨界值為1.451MPa（G）]1.5MPa（G）或者是二段的出口壓力超過了[二段出口的最大臨界值為3.861MPa（G）]4.2MPa（G）的時候，也會導致壓縮機的一段以及二段的放空閥瞬間全開。endprint

通過以往有關壓縮機甩負荷事故的分析我們發現，當壓縮機的裝置負荷發生變化之后，為了避免二段爐出現溫度過高的現象，這個時候操作人員往往會采取關小壓縮機出口閥來降低二段爐的空氣進量。但是關小出口閥就會導致壓縮機一段和二段出口壓力上升。因為一段和二段出口的壓力值是有一定限制的[一段為1.451MPa（G），二段為3.861MPa（G）]，這個時候壓縮機會自動關閉小導葉來實現壓力的平衡。當導葉的開度值已經為0的時候，如果操作人員仍在關小出口閥的話，那么壓縮機就會出現一段、二段放空閥瞬間全開的情況。

除此之外，引起壓縮機出現甩負荷現象的原因也有可能是由于：在注汽閥的手動模式下，增加了注汽流量，這會使得注汽閥門由原本的壓力控制轉變成流量控制，從而造成注汽閥時而打開時而關閉的情況發生，這個時候汽輪機的轉速會出現大幅度上下波動的現象，當這種波動達到峰值的時候（也就是5743r/min）壓縮機就會出現甩負荷的情況。

2.2 針對多軸空氣壓縮機甩負荷的對策研究

2.2.1 一定要嚴格控制多軸空氣壓縮機的各項操作指標，對壓縮機一段出口的壓力要嚴格控制在1.4MPa（G）之內，與此同時也要注意調整二段出口的壓力值[從37.2MPa（G）調整到39MPa（G）]。

2.2.2 堅決不允許利用多軸空氣壓縮機的出口閥FV2011來減少空氣進量。如果想減少空氣進量，那么只能通過壓縮機來實現，也就是在保持壓縮機的轉速恒定的基礎上，通過機組的導葉以及放空閥來進行卸載操作，即要通過操作人員來改變一段、二段出口壓力的設定值。首先要利用壓縮機自動閉合一段、二段的導葉，在導葉完全閉合之后，再逐漸打開放空閥，然后完成卸載，這樣做才是最安全節能的方式。

2.2.3 在裝置運行的時候，壓縮機的注汽閥PV7052一定要調至自動模式，如果這項模式一直沒有經過調試和試用的話，那么為了避免意外的發生，可以暫時不進行生產使用。

2.2.4 多軸空氣壓縮機中的注汽閥PV7052如果是置于手動模式的話，那么要求它的注汽量一定不要超過10t/h。

通過上述四點要求，希望可以在一定程度上阻止多軸空氣壓縮機出現甩負荷的情況，避免因此對工廠造成比較大的經濟損失。

3 結語

通過對多軸空氣壓縮機甩負荷的原因分析，可以讓我們深刻地認識到對多軸式壓縮機的操作控制是非常復雜的。同時，會引起壓縮機停機以及出現甩負荷情況的原因也比較多。這不但要求我們在對事故原因進行查找分析的時候要認真地理解廠商所給的資料，同時也要根據現場的實際情況來排查可能引發故障的原因。多軸空氣壓縮機一旦出現甩負荷的現象會造成非常大的經濟損失，因此分析事故發生的原因，以期在最大程度上避免類似情況的發生，是對多軸式空氣壓縮機甩負荷問題進行對策研究的根本目的。

參考文獻

[1] 張錫德，董泰斌，王西林，蔣云峰.合成氣壓縮機操作不當產生的故障及對策[J].石油化工設備技術，2013，（1）.

[2] 張錫德，阿不都熱合木·托乎提，辜興春.壓縮機喘振放空閥全開原因分析及解決措施[J].天然氣與石油，2013，（1）.

[3] 張錫德，楊德遼，邵士銘，蘇海龍.多軸式空氣壓縮機在大化肥上的運用[J].石油化工設備技術，2011，（6）.

[4] 謝文龍.制氧空壓機的防喘振控制[A].2011第十六屆全國自動化技術與應用學術年會專輯[C].2011.

[5] 肖園.大型制氧機組空壓機防喘振DCS控制系統研究[A].中國計量協會冶金分會2010年會論文集[C].2010.

[6] 林莉，周林，王莉紅.激光準直儀在裂解氣壓縮機組找正中的應用[J].石油化工建設，2007，29（5）.

作者簡介：王毅兵（1982-），男，陜西西安人，青海鹽湖工業股份有限公司化工分公司助理工程師，研究方向：化工機械。endprint