氨壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng)改造

趙大鵬

(江蘇索普〔集團(tuán)〕電儀廠，江蘇鎮(zhèn)江 212006)

江蘇索普(集團(tuán))造氣改造項(xiàng)目中的氨壓縮機(jī)組是整個(gè)裝置的重要部分，采用MCL607+2MCL607離心壓縮機(jī)裝置，是通過機(jī)組對(duì)系統(tǒng)的氣氨進(jìn)行壓縮、冷凝，供裝置用戶循環(huán)使用，對(duì)系統(tǒng)提供冷量。該離心壓縮機(jī)機(jī)組主要由低壓缸MCL607、高壓缸2MCL607、冷卻器、汽輪機(jī)及潤滑油站等組成，由沈陽鼓風(fēng)機(jī)(集團(tuán))有限公司(以下簡稱沈鼓集團(tuán))成套生產(chǎn)，原動(dòng)機(jī)為杭州汽輪機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的汽輪機(jī)。汽輪機(jī)與壓縮機(jī)之間用膜片聯(lián)軸器聯(lián)接。

該氨壓縮機(jī)組已運(yùn)行了幾年，在最易發(fā)生喘振的夏季[1]及最大負(fù)荷運(yùn)行條件下，高壓缸和低壓缸運(yùn)行點(diǎn)均在防喘振線附近，防喘振閥開度都在30%左右，導(dǎo)致防喘振閥回流量大(初步計(jì)算大約40%的壓縮氣體都用于打回流)，中壓蒸汽用量在23 t/h左右，系統(tǒng)負(fù)壓最大為-5 kPa(遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值-37 kPa)。從長期運(yùn)行情況看，氨壓縮機(jī)組抽負(fù)壓能力不夠，制冷效果不理想，且能耗較高。

1 問題分析

壓縮機(jī)組設(shè)計(jì)氣動(dòng)性能參數(shù)見表1。

表1 壓縮機(jī)組設(shè)計(jì)氣動(dòng)性能參數(shù)

經(jīng)過幾年長周期運(yùn)行，統(tǒng)計(jì)壓縮機(jī)組在夏季最高負(fù)荷下的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，見表2。

表2 壓縮機(jī)組實(shí)際氣動(dòng)性能參數(shù)

目前，壓縮機(jī)組低壓缸和高壓缸運(yùn)行點(diǎn)均在防喘振線附近，防喘振閥開度都在30%左右，機(jī)組抽負(fù)壓能力不夠，當(dāng)轉(zhuǎn)速在8 300 r/min時(shí)，進(jìn)口負(fù)壓只有-5 kPa左右。通過對(duì)比設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)行工況參數(shù)，并分析現(xiàn)場氣路界面及防喘振界面的各氣動(dòng)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：①現(xiàn)場進(jìn)口條件與設(shè)計(jì)進(jìn)口條件偏差較大；②現(xiàn)場氣體組分與設(shè)計(jì)氣體組分存在偏差。上述兩種因素導(dǎo)致現(xiàn)場實(shí)際喘振線與設(shè)計(jì)喘振線偏差較大，故必須在現(xiàn)場對(duì)壓縮機(jī)組進(jìn)行性能測(cè)試，準(zhǔn)確標(biāo)定壓縮機(jī)喘振線，修改防喘振線，盡可能地關(guān)小防喘振閥，以減少壓縮機(jī)的回流量，提高氨壓縮機(jī)的抽負(fù)壓能力，增加液氨的蒸發(fā)氣量，確保壓縮機(jī)高效節(jié)能安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 壓縮機(jī)喘振線的測(cè)試

2.1 測(cè)試條件

(1)測(cè)試過程可能會(huì)造成工藝波動(dòng)，對(duì)后續(xù)工藝流程產(chǎn)生影響，因此需在不影響工藝流程的情況下進(jìn)行性能測(cè)試。

(2)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，各參數(shù)正常，各聯(lián)鎖投入正常。

(3)測(cè)試通過防喘振閥、工藝管線調(diào)節(jié)閥實(shí)施，具體操作還需進(jìn)一步與操作人員溝通。

(4)在整個(gè)測(cè)試過程中，要求工作轉(zhuǎn)速固定在日常生產(chǎn)范圍內(nèi)。

(5)防喘振閥、壓縮機(jī)上位機(jī)采集信息的所有儀器、儀表需確保能夠正常運(yùn)行。

(6)辦理好相關(guān)聯(lián)鎖摘除手續(xù)。

(7)原有防喘振線控制屏蔽具體要求由沈鼓集團(tuán)提供，沈鼓自控公司負(fù)責(zé)程序屏蔽工作。

2.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)按ASME PTC-10：1997標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行，即以真實(shí)氣體的氣動(dòng)性能試驗(yàn)，測(cè)試以額定轉(zhuǎn)速的100%、90%、80%為下喘振點(diǎn)。測(cè)量參數(shù)主要包括進(jìn)出口壓力、進(jìn)出口溫度、流量、流量上游壓力、流量上游溫度及轉(zhuǎn)速等，氣體溫度采用鉑電阻測(cè)量，壓力采用現(xiàn)場壓力變送器測(cè)量，流量采用現(xiàn)場流量裝置并在中控室有流量差壓顯示。

2.2.1 試驗(yàn)前調(diào)節(jié)

(1)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到額定轉(zhuǎn)速。

(2)確保壓縮機(jī)的進(jìn)口壓力恒定，達(dá)到設(shè)計(jì)狀態(tài)。

(3)通過防喘振閥和系統(tǒng)出口閥調(diào)節(jié)壓縮機(jī)出口壓力。

(4)通過逐漸調(diào)小防喘振閥和系統(tǒng)出口閥，確認(rèn)機(jī)組實(shí)際喘振線。

2.2.2 試驗(yàn)步驟

(1)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)試到額定轉(zhuǎn)速，通過逐漸調(diào)節(jié)防喘振閥和系統(tǒng)出口閥，接近喘振工況，實(shí)測(cè)喘振點(diǎn)，以達(dá)到實(shí)測(cè)目的，確定喘振的穩(wěn)定準(zhǔn)確控制。

(2)根據(jù)調(diào)節(jié)工況點(diǎn)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行換算。

(3)用同樣的方法確定設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速90%、80%的喘振點(diǎn)。

(4)確認(rèn)最終喘振點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

(5)根據(jù)實(shí)測(cè)壓縮機(jī)組喘振點(diǎn)對(duì)壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的控制程序進(jìn)行修正。

(6)按照機(jī)組的運(yùn)行條件進(jìn)行模擬試驗(yàn)。

喘振點(diǎn)的判斷[2-4]：①確認(rèn)防喘閥的實(shí)際位置與反饋是否一致；②壓縮機(jī)入口和出口是否發(fā)出周期性高、低的聲音；③觀察壓縮機(jī)入口壓力和進(jìn)口流量值是否出現(xiàn)周期性、大幅度波動(dòng)；④觀察壓縮機(jī)出口壓力值，當(dāng)?shù)?次監(jiān)測(cè)到壓力顯示有降低時(shí)，認(rèn)為機(jī)組發(fā)生喘振；⑤觀察機(jī)組振動(dòng)檢測(cè)界面，如果振幅信號(hào)有微小的突變，表示機(jī)組可能開始喘振；⑥當(dāng)上述②③④⑤中任意一條顯示出機(jī)組將發(fā)生喘振時(shí)，迅速拷屏主界面，然后立即按下緊急按鈕，快速打開防喘振閥。

3 防喘振線的修改

3.1 喘振前機(jī)組情況

喘振試驗(yàn)前，高、低壓缸的運(yùn)行點(diǎn)均在防喘振線附近，2個(gè)防喘振閥開度分別在27.0%和32.3%。高、低壓缸防喘振界面截圖示意見圖1。

圖1 高、低壓缸防喘振界面截圖示意

3.2 試驗(yàn)過程及喘振現(xiàn)象

按照試驗(yàn)步驟，機(jī)組分別在轉(zhuǎn)速8 348 r/min和8 201 r/min的情況下進(jìn)行了2次喘振試驗(yàn)。首先在轉(zhuǎn)速為8 348 r/min情況下，通過緩慢關(guān)閉高、低壓缸的防喘振閥，機(jī)組回流流量變??；當(dāng)高、低壓缸防喘振閥全部關(guān)閉時(shí)，機(jī)組尚未發(fā)生喘振；繼續(xù)關(guān)高壓缸出口手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，閥門開度關(guān)小到10%左右，機(jī)組還未發(fā)生喘振。由于無法測(cè)出機(jī)組的理想喘振點(diǎn)，故只能將測(cè)出的真實(shí)點(diǎn)給出一定裕度[1]，結(jié)合以前的運(yùn)行情況將運(yùn)行點(diǎn)作為8 348 r/min轉(zhuǎn)速下的喘振點(diǎn)，然后機(jī)組恢復(fù)到原來的運(yùn)行狀態(tài)并降低轉(zhuǎn)速。在轉(zhuǎn)速為8 201 r/min時(shí)，緩慢關(guān)小高、低壓缸防喘振閥，在2個(gè)防喘振閥全部關(guān)閉時(shí)，機(jī)組發(fā)生了喘振現(xiàn)象，迅速打開喘振閥退出喘振區(qū)。氣體流量和軸系振動(dòng)變化的歷史趨勢(shì)截圖示意分別見圖2和圖3。

圖2 氣體流量歷史趨勢(shì)截圖示意

圖3 軸系振動(dòng)變化歷史趨勢(shì)截圖示意

由圖2、圖3可以看出：喘振發(fā)生時(shí)，高、低壓缸流量計(jì)差壓發(fā)生急劇變化，高、低壓缸振動(dòng)明顯升高。

3.3 實(shí)測(cè)喘振點(diǎn)數(shù)據(jù)處理

按照上述測(cè)試步驟，可以得到實(shí)際轉(zhuǎn)速為8 348 r/min和8 201 r/min時(shí)的喘振點(diǎn)數(shù)據(jù)，分別見表3和表4。

3.4 防喘振線的修改

低、高壓缸喘振線修改結(jié)果分別見圖4和圖5。

表3 轉(zhuǎn)速為8 348 r/min時(shí)的喘振點(diǎn)數(shù)據(jù)

圖4 低壓缸喘振線修改結(jié)果

圖5 高壓缸喘振線修改結(jié)果

對(duì)修改后的防喘振程序進(jìn)行模擬，確認(rèn)其功能的完整性和準(zhǔn)確性。

4 喘振線修改后的使用效果

2016年6月28日，通過裝置停車前對(duì)喘振線進(jìn)行重新標(biāo)定和改造，并對(duì)喘振裕度設(shè)置方法進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整前，喘振裕度只能固定在8%；調(diào)整后，喘振裕度可在5%～8%之間修正。此次改造后，選擇喘振裕度在7%機(jī)組開車運(yùn)行，運(yùn)行一段時(shí)間后，喘振裕度調(diào)整為6%一直穩(wěn)定運(yùn)行至今。經(jīng)改造，壓縮機(jī)喘振閥開度已在10%以內(nèi)，壓縮機(jī)蒸汽消耗量明顯下降，且制冷效果還略有提升；由于喘振閥開度變小，現(xiàn)場噪聲明顯改善。比較試驗(yàn)前2016年5月26日7:45和試驗(yàn)后2018年4月17日9:45的運(yùn)行數(shù)據(jù)，結(jié)果見表5。

表5 試驗(yàn)前、后數(shù)據(jù)比對(duì)

5 結(jié)語

該氨壓縮機(jī)機(jī)組于2016年6月28日進(jìn)行了現(xiàn)場喘振試驗(yàn)，測(cè)試出機(jī)組真實(shí)喘振點(diǎn)，重新標(biāo)定了喘振線。在滿負(fù)荷工況下，將喘振閥開度從30%降至10%，蒸汽用量從平均21.9 t/h降至17.3 t/h，達(dá)到了預(yù)期的節(jié)能降耗的目的。

但仍存在以下問題：①機(jī)組性能與實(shí)際需求不匹配，喘振閥還有一定的開度。目前控制系統(tǒng)已調(diào)到極限，如果進(jìn)一步進(jìn)行節(jié)能，需要更換匹配的機(jī)組轉(zhuǎn)子。②目前機(jī)組的控制方式只是基于PI算法的傳統(tǒng)控制方法，還沒有從具體的設(shè)備控制轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)整套裝置的綜合控制[7-8]，將來進(jìn)一步引入先進(jìn)控制策略，可實(shí)現(xiàn)“無人值守”的智能控制[9]。