壓縮機防喘振裕度調整

李 凱大唐內蒙古多倫煤化工有限責任公司 內蒙古多倫 027300

壓縮機防喘振裕度調整

李 凱
大唐內蒙古多倫煤化工有限責任公司 內蒙古多倫 027300

總結了丙烯壓縮機運行過程中蒸汽消耗居高不下的原因，通過對各級防喘振裕度的逐一修改，經高負荷運行測試，各項指標運行平穩并接近于設計值，降低了蒸汽消耗。

丙烯制冷;壓縮機;防喘振裕度;節能降耗

一、裝置概述

大唐多倫煤化工項目是國內煤化工產業烯烴類（MTP）示范性項目，以褐煤為原料，年產46萬噸聚丙烯，同時副產LPG、汽油、硫磺等產品。位于凈化分廠的丙烯制冷裝置作為整個多倫煤化工裝置的“心臟”，通過丙烯壓縮機將氣態丙烯壓縮經冷卻、節流,向低溫甲醇洗、MTP提供溫度等級為4℃、-44℃兩個溫度等級的液體丙烯。如果丙烯制冷系統停運，將無法外送液態丙烯，低溫甲醇洗無法維持甲醇低溫溫度導致出口合成氣中H2S超標，甲醇合成催化劑中毒，氣化產出的合成氣被迫在甲醇反應器前放空; 同時MTP的20多臺丙烯換熱器也無法獲得冷量，無法純度合格的丙烯產品，最終導致整個多倫煤化工生產鏈被迫停運。保證丙烯制冷裝置長期穩定運行，對多倫煤化工裝置有極其重要的意義。

丙烯壓縮機C76001為德國西門子公司生產，額定輸出40871KW，正常轉速為3266RPM，由壓力8.7Mpa、溫度535℃的高壓過熱蒸汽透平機驅動，采用3段 6級離心壓縮機，每段均設有防喘振線，確保送往各段和回到相應的氣液分離罐的最小流量。

二、能耗高原因分析

機組于2010年試車后運行，隨著裝置整體生產負荷的提升，壓縮機蒸汽消耗逐漸超過原始設計的123t/h，在夏季達到最高的157t/h，蒸汽消耗嚴重過量，制約公司滿負荷運行。蒸汽消耗的主要原因有以下兩點：

(1)丙烯壓縮機出口換熱器E76001ABCD四臺水冷管束堵塞，原設計水量為8262M3/h，至2015年降低至3000M3/ h左右，導致換熱能力下降，無法完全冷凝氣態丙烯，壓縮機出口溫度壓力增高，外送丙烯冷量不足，各丙烯換熱器用戶只能通過提高用量達到換熱效果，致使壓縮機負荷增加，能耗上升。

(2)各級防喘振開度偏大，致使大部分出口氣體回流至壓縮機各級入口，增加壓縮機額外負荷，造成蒸汽消耗過大。

公司利用停車檢修壓縮機出口換熱器E76001ABCD管束進行了清洗，清洗后水量接近于設計值，解決了換熱器循環水量不足的問題；同時組織相關人員對神華寧煤的丙烯壓縮機進行了考察（兩臺壓縮機均為西門子生產運行參數條件基本相同），根據考察結果表明在相似工藝參數情況下，兩臺壓縮機有以下明顯不同：

⑴運行參數差異：寧煤壓縮機運行參數接近設計值，而我公司蒸汽消耗大。

⑵防喘振閥開度的差異:寧煤壓縮機滿負荷運行三級防喘振調節閥全部關閉，而我公司壓縮機各級防喘振調節閥全部有開度。寧煤壓縮機轉速在3050RPM時，一、二、三級防喘振閥全部關閉，我公司丙烯壓縮機在3094RPM時，一級防喘振閥開度13%、二級防喘振閥開度16%、三級防喘振閥開度25%；

⑶防喘振控制裕度的差異：寧煤壓縮機防喘振裕度6%，我公司丙烯壓縮機防喘振裕度10%。

可見防喘振裕度偏大是導致蒸汽消耗的主要因素之一。防喘裕度是指在一定工作轉速下，正常工作流量與該轉速下喘振流量之比值，一般正常工作流量應比喘振流量大1.05 ～1.3倍。裕度太大，雖然不易喘振，但壓力下降很多，浪費很大，經濟性下降。

三、裕度修改依據

(1)在丙烯壓縮機運行過程中，壓縮機轉速與一級入口壓力串級控制，當入口壓力升高機組逐漸升速，反之入口壓力降低機組降速。正常控制一級設定為105Kpa，對應壓縮機一級入口溫度-44℃。在夏季高負荷運行中多次發生過因機組負荷升高，調速器全開蒸汽達到最大流量后仍無法維持吸入口壓力，壓縮機入口壓力快速上漲、出口壓力快速下降，壓縮比減小導致一、二級防喘振全開，工況惡化無法維持后工段生產的情況。由于無法手動關小防喘振調節閥，工藝人員被迫手動關小三級防喘振閥前后手閥，通過限量來減小機組負荷。逐步恢復壓縮機轉速，擴大壓縮比使一、二級防喘振閥恢復可控。在多次手動關小三級防喘振閥前后手閥限量后，雖然三級防喘振控制點落入基線以內，但機組并未發生一次實際喘振，各段振動位移均在正常指標范圍。

(2)二級防喘振在調試過程中僅做過一次喘振調試，防喘振基線并未像一、三級通過多次實測得出，其曲線并不準確，二級流量在運行過程中長期高于設計值的20%以上（設計為4萬NM3/ h，運行時保持在5萬NM3/ h以上），表明該段防喘振閥開度一直偏大。

(3)寧煤壓縮機在6%防喘振裕度下常年運行并未發生過喘振。

基于以上事實，公司決定對現有防喘振曲線進行優化，在不改變喘振基線的前提下，逐漸減小各段防喘振裕度至6%，減小各級防喘振閥開度，降低壓縮機負荷，減少蒸汽消耗，解決制約高負荷運行的瓶頸問題。

四、防喘振控制方式及防喘振曲線介紹

西門子壓縮機防喘振閥控制閥為高選控制，防喘振開度的三個選擇塊分別為：PLC中的計算值、DCS中的手動輸出值、PLC中的手動輸出值。在實際控制中，當操作人員逐漸減小DCS中的手動輸出值和PLC中的手動輸出值,直至上述兩值均小于PLC中的計算值時，防喘振閥將會進入自動控制，閥門開度僅受控于PLC中的計算值，控制點將無限接近于控制線（防喘振偏差接近于0%），防喘振閥達到在該裕度下最小開度，機組達到最經濟運行狀態。

丙烯壓縮機一級防喘振閥門控制圖如下：

機組的喘振曲線圖上的三條曲線，分別為基準線、控制線、以及安全線。

圖中最左側虛線為基線（base line），是由機組在試車階段所做的喘振實驗實測數據繪制得出，機組運行當中如果實際控制點落在基線或者超過基線，機組將會發生喘振，會對機組帶來損傷降低其使用壽命。

最右側為控制線（control line），是機組運行中實際控制點理想運行軌跡，也是控制點的設定值，控制線是以基線上的5個基準點按公式計算得出控制線上的五個點，將這5個點連起來就形成了控制線。

中間曲線為安全線（safe line），是以控制線為基準按公式計算得出安全線，安全線介于控制線和基線之間，安全線范圍是以控制線為基準向左平移2%-10%，也稱為防喘振線，當實際控制點落在安全線上時防喘振閥會全開。

五、裕度修改步驟

防喘振裕度修改共分為三步，首先找出曲線計算公式對現有曲線進行驗證和模擬實驗；然后壓縮機啟動后空負荷運行不向外界區提供冷量，保持自身循環在此基礎上進行裕度修改；最后逐漸帶負荷運行檢驗修改值是否合適。

(1)公司根據原有壓縮機防喘振調試測試記錄和西門子提供的設計數據對現有防喘振曲線進行了驗算，以確?，F有防喘振曲線的正確性。同時找出了基線、控制線、安全線的計算方法。

基線的計算為：各段防喘振曲線的Y軸都是壓比（入口吸入壓力PS/出口壓力PD），一段的X軸參數為SQR(DP/ PS),其中DP（為入口流量的差壓值），二段與三段的一樣，為m*sqr(Ts’)/ps，其中m（流量）, Ts’（入口溫度）為計算得來的值。

控制線的計算：控制線的坐標值=基準線坐標值+防喘振的溫度修正值+入口導葉的設定值+喘振裕度+設定的偏移量，程序設定中防喘振的溫度修正值、入口導葉的設定值、設定的偏移量值都是零。所以控制線的坐標值=基準線+喘振裕度。在基線的基礎上Y軸保持不變，X軸向右移動10%（喘振裕度）得到的就是控制線。

安全線的計算：根據控制線得到安全線，機組的安全線（裕度為10時）計算方式簡化后為： X安全=X控制-MIN(100，MAX(X控制,20)*0.1，當X軸的數據小于20時，安全線為控制線向左移2%，大于20時，安全線為控制線-控制線*0.1，根據公式可知安全線的設定最小為控制線左邊2%，最大為控制線的左邊10%與基準線重合。

根據基線、安全線、控制線的計算公式，儀控人員進行了裕度的修改進行呢模擬測試。測試修改后PLC程序中的防喘振參數與理論驗算的結果是否一致，也測試了喘振曲線修改后與理論計算的曲線是否一致。模擬測試得出調整各級防喘振裕度至6%后，基線保持不變，安全線和控制線整體向左移動4%，與理論計算結果一致。為了保障機組運行安全，將裕度修改值輸入對話框增加了限制功能，只能輸入在6-10之間的數字，以防止出現人為誤操作。

(2)模擬測試結束后，壓縮機啟動空負荷運行，維持丙烯壓縮機工藝條件穩定，工藝人員逐步將防喘振控制器防喘振關小，將其切至控制器自動控制，待壓縮機各工藝參數穩定后，開始修改防喘振裕度。首先修改三級喘振曲線，裕度調整每次以1%為單位，一二級喘振曲線裕度保持10%不變，直至三級喘振曲線裕度到6%;再每次以1%為單位調整二級喘振曲線裕度，直至二級喘振曲線裕度到6%，最后調整一級防喘振裕度直至一級喘振曲線裕度到6%。每做1%調整后均手動減小各級防喘振閥開度，將其切至自動控制，穩定運行后再做調整。

經過兩天的調試，一、二、三級防喘振裕度均由原有的10%修改至6%。

(3)上下游工段開車后，開始逐漸外送-44℃、4℃兩個溫度等級液態丙烯，制冷系統帶負荷運行，各級防喘振閥調整后始終保持自動制狀態。當生產負荷達到80%后，一級防喘振、二級防喘振調節閥開度降至0%，三級防喘振開度降至18%。

六、總結

調整后與調整前的明顯變化有：

(1)各防喘振逐漸關小，一級、二級防喘振能夠完全關閉。

(2)二級防喘振完全關閉后，二級進氣量由原5.3萬降低至4.1萬，接近于設計的4萬。

(3)蒸汽消耗明顯下降，在空負荷運行情況下，蒸汽消耗由110 t/h降至102t/h。帶負荷生產后蒸汽用量121t/h，遠小于修改裕度前最大的157t/h。

(4)隨著蒸汽用量的減小，透平排氣冷凝用的空冷器風扇負荷降70%左右即可滿足生產運行，也減小了因風車跳車導致壓縮機停車的概率。

修改防喘振裕度后運行的兩個月時間內各段溫度、壓力均在正常指標范圍內，振動、位移亦正常指標范圍內。可見防喘振裕度的修改達到了降低蒸汽消耗的預期效果，各項工藝指標也逐步接近設計參數，對機組的長期穩定運行發揮了重要作用。

Adjustment of Anti-surge Margin In Compressor

Likai, Datang Inner Mongolia Duolun Coal Chemical Industry co., LTD, Duolun city, Inner Mongolia province, 027300

This paper make conclusion for the reasons of high steam consumption in the course of propylene compressor running by specif call y modify anti～surge margins in different levels. After high load operation test, the indexes become stable and get close to the design value, which dec rease the steam consumption.

propylene refrigeration；compressor；anti-surge margin；energy-saving and cost-reducing

T

A

李凱(1982～),男，漢，內蒙古多倫煤化工，助理工程師，研究方向：離心式壓縮機，氣體凈化。