CO2壓縮機防喘失效原因與措施

張 澤

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

引 言

運用CO2做氣化劑為生產(chǎn)過程中傳送煤粉是荷蘭殼牌煤制甲醇?xì)饣に嚨囊豁椫匾獙＠夹g(shù)。通過對汽化爐產(chǎn)生的合成氣進(jìn)行氣體轉(zhuǎn)換和脫酸處理等操作，進(jìn)而吸出CO2氣體，再通過CO2壓縮機將吸出的氣體加壓至5.0 MPa～8.0 MPa,并將其重新傳送回氣化爐中。運用這一項技術(shù)能夠有效的把氣化爐產(chǎn)生的氣體中的N2含量大幅度降低，使有效氣含量上升，進(jìn)而降低合成回路的循環(huán)氣量，使其甲醇產(chǎn)量提高，控制整個甲醇裝置的能量消耗情況，故而保障氣化裝置安全穩(wěn)定運行。

1 簡析CO2壓縮機系統(tǒng)

1.1 壓縮機運行方式

型號為低壓缸(2MCL707)+高壓缸(2BCL355),設(shè)計工藝技術(shù)參數(shù)，設(shè)計工藝技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 CO2壓縮機設(shè)計工藝技術(shù)參數(shù)

用兩路換熱能量回收進(jìn)行脫酸處理后閃蒸出的CO2氣體，將其由混合氣體調(diào)節(jié)閥PV05009(排放)自動穩(wěn)壓到絕壓(1.02 MPa)，然后將其送至CO2壓縮機入口將壓力降到絕壓(1.015 2 MPa)，經(jīng)低壓缸壓縮、冷卻處理后再將其送入高壓缸進(jìn)行三段壓縮作業(yè)，再抽取部分CO2氣體作為氣化爐傳送煤粉的載氣置于三段出口處，對剩下的CO2氣體進(jìn)行冷卻然后送入四段繼續(xù)進(jìn)行壓縮，最后將其傳送至氣化爐的高壓儲藏罐，為穩(wěn)壓補充調(diào)節(jié)與載氣的儲備提供氣體。

1.2 CO2壓縮機的防喘系統(tǒng)

作為CO2壓縮機工藝系統(tǒng)中的重要組成部分，防喘系統(tǒng)為不斷完善CO2壓縮機的服務(wù)功能提供了重要保障作用。喘震問題是由于在氣體傳送過程中，設(shè)備的特點與實際情況并不一致，從而造成CO2壓縮機工作狀態(tài)不穩(wěn)定。喘振現(xiàn)象嚴(yán)重影響設(shè)備運行的的安全可靠性，需要相關(guān)技術(shù)人員加強對CO2壓縮機防喘系統(tǒng)科學(xué)構(gòu)建的進(jìn)一步探究，從而保障壓縮機組能夠安全穩(wěn)定進(jìn)行。從三方面構(gòu)建防喘系統(tǒng)：1) 根據(jù)設(shè)備的特點，建立安全可靠的防喘控制閥；2) 在相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員的指導(dǎo)下建立一定量的防喘控制回路；3) 要想實現(xiàn)壓縮機的集中控制，需要計算機網(wǎng)絡(luò)和自動控制技術(shù)的支持，并對造成防喘系統(tǒng)狀況的原因進(jìn)行分析探討[1]。

2 CO2壓縮機防喘失效原因

2.1 CO2壓縮機喘振原因

要對CO2壓縮機出現(xiàn)喘振事故的各種因素進(jìn)行全面分析，并提出有效的解決措施。喘振事故發(fā)生原因包含以下三點：1) 在減少CO2壓縮機中的氣體流量時，若是產(chǎn)生幅度較大的波動就會影響壓縮機的振動，從而導(dǎo)致喘振事故的發(fā)生；2) 當(dāng)壓縮機內(nèi)部排氣壓力小于管網(wǎng)氣體壓力時，就會導(dǎo)致壓縮機特性曲線大幅度下降，當(dāng)CO2壓縮機中有多個運行點正處于喘振區(qū)域內(nèi)時，喘振事故的發(fā)生率就會大幅度提高；3) 在壓縮機使用運行時由于氣體在不同工作段的流通過程中出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，從而產(chǎn)生CO2壓縮機運行失效導(dǎo)致喘振事故的發(fā)生。值得注意的是要時刻關(guān)注CO2壓縮機在喘振運行中的管網(wǎng)流量和阻力變化，要保持不同工作段內(nèi)時間的協(xié)調(diào)性，進(jìn)而減少防止壓縮機喘振事故的發(fā)生，減少對CO2壓縮機的損害。

2.2 壓縮機防喘失效原因

能夠在合適的時間內(nèi)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)與控制各段工藝的氣體循環(huán)量是在CO2壓縮機各段中設(shè)置防喘控制閥的主要目的，是為了防止正在運行的工作點處在喘振區(qū)域內(nèi)。如果某一段工藝的氣體循環(huán)量降低或者CO2壓縮機組出現(xiàn)了喘振現(xiàn)象，應(yīng)該在合適的時間內(nèi)，立即加大或打開防喘閥，使壓縮機盡快恢復(fù)到安全穩(wěn)定的正常運行狀態(tài)。雖然在CO2壓縮機中安裝了三級防喘裝置，但其只能作為系統(tǒng)微調(diào)使用。不管哪一部分的防喘振閥發(fā)生突然加大現(xiàn)象，都會致使壓縮機整體產(chǎn)生喘振。相關(guān)工作人員對喘振現(xiàn)象的發(fā)生不知所措，只能暫停使用。

分析壓縮機的工藝流程與使用情況可知，不管什么原因使運行工作點在喘振區(qū)域內(nèi)，都一定會導(dǎo)致因各段防喘閥全部開啟等造成高低壓缸之間出現(xiàn)隔離現(xiàn)象。通過運行工藝參數(shù)方式也能得知，因為打開了高壓缸防喘閥，使高壓氣體發(fā)生回流，造成三段入口實際壓力達(dá)到3.0 MPa～3.2 MPa，就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過低壓缸出口的設(shè)計壓力，繼而造成高低兩缸間形成巨大反向壓差。有效處理方法就是快速開啟三、四段調(diào)節(jié)閥使其恢復(fù)到之前的工作狀態(tài)。所以造成CO2壓縮機防喘失效的根本原因就是其工藝流程有著嚴(yán)重的設(shè)計錯誤，將高低缸之間各段防喘回路設(shè)計成了孤獨的單一回路，當(dāng)CO2壓縮機組出現(xiàn)喘振現(xiàn)象時，高壓缸與低壓缸被止逆閥分成兩部分，高低缸的防喘回路不能直接構(gòu)建整體的壓縮機氣體循環(huán)回路，故而CO2壓縮機在處于事故狀態(tài)中無法恢復(fù)到正常使用的穩(wěn)定狀態(tài)[2]。

3 防喘失效表現(xiàn)形式

CO2壓縮機高壓缸采用的是“28”型氣體機械密封，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1和圖2所示。泄漏后會顯示三段機封漏氣壓力警報，使三段密封壓力由3.0 MPa降低至2.4 MPa，隨著泄漏量加大壓力也持續(xù)降低，壓縮機振值波動，控制潤滑油的過濾器壓差變大，其主要性能參數(shù)如表2所示，運作原理如圖3所示。

表2 高壓缸介質(zhì)及主要性能參數(shù)

圖1 “28”型密封

圖2 “28”型氣體機械密封結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 力學(xué)分析“28” 型氣體機械密封運作原理

4 解決防喘失效的措施

4.1 改進(jìn)壓縮機防喘系統(tǒng)

優(yōu)化壓縮機防喘系統(tǒng)，使其防喘閥有優(yōu)越的使用效果，應(yīng)該制定防止壓縮機防喘失效的相關(guān)方案。合理的利用修改將高壓缸當(dāng)中的三段線由原來的三回三形式轉(zhuǎn)變成三回一形式，有效地將其在循環(huán)當(dāng)中的氣流能夠直接的返回到一段口當(dāng)中。相關(guān)工作人員應(yīng)提高并且針對性地關(guān)注其管線的合理布局，令其在正常的使用當(dāng)中能夠?qū)⑵錃饬髂軌蛘疹A(yù)定的入口當(dāng)中流動，提高對其型號的控制性，以此來保障其壓力的良好狀態(tài)。調(diào)整低壓缸管線接口在安裝好高壓缸防喘管線的基礎(chǔ)之上，以此保證設(shè)置的止逆閥科學(xué)有效。面對出現(xiàn)喘振現(xiàn)象發(fā)生時所造成的影響后果，要全面的考慮其防喘系統(tǒng)的實際反映情況并且能夠及時的回復(fù)其系統(tǒng)正常的工作狀態(tài)等，提高其安全性及穩(wěn)定性。并根據(jù)實際所發(fā)生情況合理的選擇有效防止防喘失效的相關(guān)方案措施，使其能夠全面并有效的發(fā)揮其系統(tǒng)的實際作用，較少其運行當(dāng)中所發(fā)生的故障錯誤，以此來有效且全面的提升其在實際運用當(dāng)中的服務(wù)水平。這樣可以將高壓缸中的氣體重新導(dǎo)入到CO2壓縮機的入口，形成良好的循環(huán)性[3]。

4.2 增設(shè)CCC Vanguard設(shè)備

可以通過引入CCC Vanguard設(shè)備控制壓縮機內(nèi)部的喘震和出口壓力，達(dá)到控制機組實現(xiàn)自動化。該設(shè)備可以將原ICS中控發(fā)出的信號分成兩部分，一部分進(jìn)入CCC系統(tǒng)另一部分仍然進(jìn)入原ICS系統(tǒng)，通過CCC系統(tǒng)控制ICS系統(tǒng)能夠針對突發(fā)情況迅速做出反應(yīng)，發(fā)生意外故障時，可以通過額外添加的工程師站進(jìn)行調(diào)整工作。該系統(tǒng)工作結(jié)構(gòu)圖，如圖4所示。

5 結(jié)語

壓縮機的安全設(shè)計使用及其運行控制等在生產(chǎn)計劃當(dāng)中決定著是否能夠順利實施及其成本的良好經(jīng)濟性。為了能夠更好地讓CO2壓縮機在長期的使用當(dāng)中做到穩(wěn)定且高效的運作狀態(tài)，相關(guān)工作人員應(yīng)該自主的加強在其實際運用得過程當(dāng)中針對喘振和防喘失效等多方面原因的關(guān)注性，使設(shè)備有良好的使用效果，不斷優(yōu)化其防喘控制系統(tǒng)，滿足實際生活的多優(yōu)化需求。

圖4 Vanguard系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖