測試氯壓機(jī)防喘振曲線以及帶量過程總結(jié)

郭 雷，梁晨陽

（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北 唐山 063305）

1 概述

1.1 壓縮機(jī)喘振及其危害

壓縮機(jī)運(yùn)行中一個(gè)特殊現(xiàn)象就是喘振。防止喘振是壓縮機(jī)運(yùn)行中極其重要的問題。喘振之所以能造成極大的危害，是因?yàn)樵诖駮r(shí)氣流產(chǎn)生強(qiáng)烈的往復(fù)脈沖，來回沖擊壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子及其他部件；氣流強(qiáng)烈的無規(guī)律的震蕩引起機(jī)組強(qiáng)烈振動(dòng)，從而造成各種嚴(yán)重后果。喘振會(huì)造成轉(zhuǎn)子大軸彎曲；密封損壞，造成嚴(yán)重的漏氣，漏油；喘振使軸向推力增大，燒壞止推軸瓦；破壞對中與安裝質(zhì)量，使振動(dòng)加劇；強(qiáng)烈的振動(dòng)可造成儀表失靈；嚴(yán)重持久的喘振可使轉(zhuǎn)子與靜止部分相撞，主軸和隔板斷裂，甚至整個(gè)壓縮機(jī)報(bào)廢。喘振的出現(xiàn)輕則使壓縮機(jī)停機(jī)，中斷生產(chǎn)過程造成經(jīng)濟(jì)損失，重則造成壓縮機(jī)葉片損壞，造成人員傷害。

1.2 喘振的原理及控制

壓縮機(jī)在運(yùn)行中，當(dāng)管路系統(tǒng)阻力升高時(shí)，流量將隨之減小，有可能降低到允許值以下。防喘振系統(tǒng)的任務(wù)就是在流量降到某一安全下限時(shí)，自動(dòng)將回流到進(jìn)口的旁通閥打開，增大經(jīng)過氯壓機(jī)的流量，防止進(jìn)入喘振區(qū)。取流量安全下限作為調(diào)節(jié)器的規(guī)定值。當(dāng)流量測量值高于規(guī)定值時(shí)，回流閥關(guān)小；當(dāng)測量值低于規(guī)定值時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出信號，將回流閥開啟，使流量增加。壓縮機(jī)工作效率高，在正常工況條件下運(yùn)行平穩(wěn)，壓縮氣流無脈動(dòng)，對其所輸送介質(zhì)的壓力、流量、溫度變化的敏感性相對較大，容易發(fā)生喘振造成嚴(yán)重事故。廠家給出的防喘振預(yù)度線見圖1。根據(jù)離心壓縮機(jī)在不同工況條件下的性能曲線，只要把壓縮機(jī)的最小流量控制在工作區(qū)（控制線內(nèi)），壓縮機(jī)即可正常工作。由于低于最小流量即出現(xiàn)喘振，因此需要一個(gè)控制系統(tǒng)限制壓縮機(jī)的流量不會(huì)降低到這種工況下的最低允許值，即不會(huì)使壓縮機(jī)進(jìn)入喘振工況區(qū)域內(nèi)。

圖1 防喘振預(yù)度線

2 提高單機(jī)負(fù)載的目的

（1）提高氯壓機(jī)3C-501B壓縮輸送能力，達(dá)到基本設(shè)計(jì)條件（出口壓力0.171MPa，流量4400Nm3/h）。

（2）驗(yàn)證機(jī)組運(yùn)行在喘振保護(hù)系統(tǒng)曲線以內(nèi)。

（3）平衡3K氯壓機(jī)機(jī)組負(fù)荷，滿足安全運(yùn)行的前提下降低電耗。

3 提高負(fù)載的過程

氯壓機(jī)3C-501B依據(jù)回流開度調(diào)整機(jī)組實(shí)際輸出負(fù)載，DCS手動(dòng)關(guān)小回流閥門HIC-301。

（1）逐步關(guān)小3C-501B回流開度，配合設(shè)置3C-501A-SV值（提高），減少進(jìn)口氯氣壓縮機(jī)機(jī)組帶量。每次倒換負(fù)荷100 Nm3/h，每次穩(wěn)定0.5 h（期間負(fù)荷調(diào)整使用3K機(jī)組導(dǎo)葉）。

（2）當(dāng) 3C-501B 運(yùn)行至預(yù)度線（5%）時(shí)，F(xiàn)IC-301自動(dòng)干預(yù)。記錄改點(diǎn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，穩(wěn)定0.5 h。

（3）解除防喘振保護(hù)自動(dòng)，手動(dòng)再次關(guān)小HIC-301開度。每次關(guān)1%，間隔時(shí)間15 min，記錄數(shù)據(jù)提量過程核心數(shù)據(jù)見表1。

（4）為保證3K機(jī)組負(fù)荷，當(dāng)3K機(jī)組運(yùn)行流量低于5 800 Nm3/h時(shí)，DCS手動(dòng)開啟其防喘振回流閥（PV-2458-1）保證機(jī)組進(jìn)口流量以及壓力。

表1 提量過程核心數(shù)據(jù)

圖2 3C-501B提量曲線

（5）試驗(yàn)期間通過3K機(jī)組的回流盡量使3C-501B進(jìn)口壓力穩(wěn)定在8 kPa左右運(yùn)行。

3C-501B提量曲線見圖2。

4 機(jī)組喘振的控制方案

廠家計(jì)算給定一條機(jī)組壓力、流量的喘振線。為防止機(jī)組進(jìn)入喘振區(qū)，按機(jī)組流量計(jì)總量程的5%設(shè)置預(yù)度線，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行點(diǎn)運(yùn)行至預(yù)度線時(shí)（FIC—301自動(dòng)參與調(diào)節(jié)），限制HIC-301關(guān)小。一旦進(jìn)組運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入喘振區(qū)域，防喘振控制閥FIC-301開啟使機(jī)組出口壓力、流量的共同作用點(diǎn)在預(yù)度線運(yùn)行。

5 生產(chǎn)中可能造成喘振的事故

（1）當(dāng)電解槽跳槽，可能導(dǎo)致機(jī)組短時(shí)間帶量下降、出口壓力下降。

（2）合成爐聯(lián)鎖停爐，機(jī)組出口壓力上漲、機(jī)組置于曲線以內(nèi)，機(jī)組自動(dòng)開啟回流泄壓、前系統(tǒng)壓差不穩(wěn)的造成的停車概率增加。

（3）壓縮機(jī)機(jī)組進(jìn)口壓力偏低、回流閥開度過小。

6 總結(jié)

對比上述數(shù)據(jù)，兩階段實(shí)驗(yàn)機(jī)組進(jìn)口壓力不同。本次實(shí)驗(yàn)期間將3K機(jī)組、國產(chǎn)機(jī)組進(jìn)口壓力穩(wěn)定在一定值（4.5 kPa/7.9 kPa）。機(jī)組負(fù)荷通過倒換計(jì)算，達(dá)到工藝設(shè)計(jì)需求。

為保證3K機(jī)組最低運(yùn)行負(fù)荷（3 900 Nm3/h），手動(dòng)開啟3K壓縮機(jī)組的自身喘振回流PV-2458。實(shí)驗(yàn)期間3C-501B機(jī)組出口壓力持續(xù)上漲（約6kPa）。與3K機(jī)組對比，分析為管道限量導(dǎo)致的壓力變化。屬于廠家給定范圍值以內(nèi)（171 kPa）。

上述實(shí)驗(yàn)帶量模式，不利于事故狀態(tài)的調(diào)節(jié)，3K機(jī)組進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)壓能力被限制，國產(chǎn)氯氣壓縮機(jī)進(jìn)入喘振線的概率大；日常生產(chǎn)過程中不可取。

為降低電耗，（1）將現(xiàn)有3K機(jī)組回流逐步關(guān)小至1 500 Nm3、驗(yàn)證2臺壓縮機(jī)是否存在搶量情況；（2）將3C-501B負(fù)荷倒換1 000 Nm3至3K機(jī)組穩(wěn)定15 min；（3）再次調(diào)整3C-501B回流減量約1 000 Nm3，倒換至3K機(jī)組；（4）如進(jìn)口壓力滿足將3K機(jī)組可調(diào)回流量（500 Nm3）關(guān)閉。最終3K機(jī)組帶量（5500Nm3有效量），3C-501B有效量2300Nm3。

3K機(jī)組總運(yùn)行電流總體下降3.3 A；3K機(jī)組電壓：10 000 V；動(dòng)力電價(jià)：0.454元/kW·h；年度工作時(shí)間按8 000 h，年效益11.98萬元。