富氣壓縮機節能改造

武生祥，洪偉鴻，姚茂祥，于鑫淼

（中國石油廣東石化公司，甘肅 蘭州 515200）

1 裝置簡介

我公司延遲焦化采用美國FW公司提供的工藝包，生產能力為300×104t/a。

2 問題分析

2.1 影響因素及排除

進氣參數的波動、管線堵塞、火炬閥的故障、裝置加工負荷變化、原料性質的變化、實際進口流量與設計值存在負偏差等都會造成機組工作點向靠近防喘振線的方向移動。另外，如防喘振控制系統算法、防喘振線的安全余量設置偏大，也同樣會造成工作點相對靠近或越過防喘振曲線而無法關閉防喘振閥。

2.2 防喘振控制系統

喘振線的形成，是通過壓縮機的預期性能曲線各工況下的喘振點坐標，經代入喘振點計算數學模型而得到的。防喘振線是自動形成的，程序中只輸入安全余量值。可認為:喘振點坐標是接近真實喘振點的，喘振線是真實的。公式（1）為喘振線計算公式。

由實際操作點（工作點）的橫坐標的算法看出，橫坐標與進出口溫度壓力及節流元件差壓值都有關系。根據本壓縮機的實際運行情況，影響最大的就是出口差壓值hd。公式（2） 為實際操作點計算公式。

式中:PSR-壓縮機設計入口壓力；hmax-節流元件最大差壓；Pdf-節流元件基準出口壓力；Tdf-節流元件基準出口溫度；TSR-壓縮機設計入口溫度；hd-節流元件實際差壓；pd-壓縮機實際出口壓力；Td-壓縮機實際出口溫度；PS-壓縮機實際入口壓力；TS-壓縮機實際入口溫度。

2.3 運行參數的變化

如能將一二級防喘振閥關閉，即可得到機組的真實流量。具體操作方法是，將機組背壓降低至不影響后路系統產品質量的1.1MPa，最大程度的增加富氣流量。關閉防喘振控制閥手閥來逐漸減少返回流量，直至現場完全關閉。關死后，逐步地提高背壓至正常的背壓壓力（1.3MPa），測試真實工作點的位置及相關參數。

2.4 原因分析

因為試驗及運行數據均在裝置最大富氣量的條件下得到，在該情況下，工作點越過防喘振線，靠近喘振區。因此壓縮機實際流量與設計流量存在負偏差，是一段防喘振閥無法關閉的主要原因。

3 現場氣動性能試驗

本試驗參照ASME PTC-10規定的II類型試驗，即試驗氣體和運轉條件都與設計相同的試驗。試驗氣體和設計氣體相同，運轉條件與設計不相同的試驗。本試驗采用分段試驗方法。

試驗裝置根據現場的實際流程，并在滿足生產的前提下進行工況點調節。試驗按ASME PTC-10標準采用閉式回路試驗方法測定氣動性能測量參數:包括:進、出口壓力，進、出口溫度，流量（流量計壓差），上游壓力，上游溫度，轉速等。氣體溫度采用鉑電阻測量。壓力可用壓力變送器測量。流量由現場RV錐管流量計、差壓計測定。轉速由現場轉速表測量。

3.1 試驗數據

現場試驗數據見表1。

表1 現場試驗數據

3.2 計算結果

本試驗功率測量采用熱平衡法，本試驗機械損失采用設計值。使用沈鼓公司的計算軟件，結果計算如表2。

由于試驗轉速為5620r/min，與設計轉速6276r/min不相等。特征馬赫數不相等，造成氣體在流道中參數變化也不相似，對應點的比容比也就不相等。不能保證兩種狀態的完全相似，只能按照絕熱指數k相等，馬赫數不等的近似換算。

表2 計算結果（5620r/min）

3.3 性能曲線及性能對比

將表2中計算及換算出的數據與壓縮機的6272r/min轉速下的預期性能曲線繪制在同一張圖上進行對比，Y軸為壓比或軸功率kW，X軸是壓縮機入口的容積流量Qs。圖中:Ⅰ線為壓縮機實際性能曲線，Ⅱ線為轉速6272r/min預期性能曲線，Ⅲ線為換算到6272r/min轉速的性能曲線，其中預期性能曲線包括喘振點及最大流量點在內共5個點的曲線，實測參數由于受制與現場操作條件，無法測得喘振點及最大流量點，僅能測到3組數據，并得到3組換算后的數據。

4 結論

通過分析，并結合喘振閥手閥關閉試驗，初步確認了壓縮機防喘振閥無法關閉的原因為壓縮機入口流量與設計流量存在負偏差。對于成熟的壓縮機機型，如甲方不要求做性能試驗，制造廠一般不進行性能試驗，因此無法得到較為準確的實際性能曲線。壓縮機的性能曲線是通過計算的方式得到的，新裝置的富氣量是通過物料平衡估算的，如兩者同時存在誤差，出現誤差累積，最終導致壓縮機的實際富氣量偏小。