離心式氨壓縮機性能曲線的修正

董華林，婁倫武

(1.貴州赤天化桐梓化工有限責任公司 貴州桐梓 563200； 2.貴州西洋實業(yè)有限公司 貴州息烽 551107)

1 氨壓縮機配套裝置運行情況

貴州赤天化桐梓化工有限公司300 kt/a合成氨裝置配套的離心式氨壓縮機組由低壓缸MCL525和高壓缸3MCL528組成，采用雙出軸結構(一端與汽輪機連接，另一端與高壓缸連接)，一拖二方式運轉。氨壓縮機一段入口實際流量約為14 509 m3/h(標態(tài))，而設計值為17 106 m3/h(標態(tài))，其一段防喘振閥的開度約為54%，氨壓縮機一段制冷富裕度過大而導致蒸汽耗量增加。由于負荷變化，氨壓縮機在調節(jié)過程中防喘振控制點十分接近防喘振曲線，導致操作區(qū)間變小，影響機組的安全穩(wěn)定運行，同時因機組做了大量的無用功，負荷居高不下，蒸汽消耗增加。

2 氨壓縮機組運行過程中存在的問題

在保證氨壓縮機一段入口防喘振閥裕度為8.9%的情況下，一段入口流量應>14 509 m3/h(標態(tài))。如果氨壓縮機一段入口流量減少，防喘振工作點就會移動至防喘振線上，此時工況稍有波動，防喘振工作點就會進入防喘區(qū)域，導致防喘振閥全開，不利于機組的穩(wěn)定運行。

為了保證氨壓縮機的穩(wěn)定運行，就必須保持較高的一段入口流量。由于低溫甲醇洗工段4臺氨冷器制冷氣氨量只有14 509 m3/h(標態(tài))左右，其余2 597 m3/h(標態(tài))氣氨只能通過一段防喘振閥補充，當蒸汽壓力為4.0 MPa時，蒸汽消耗量約22.71 t/h。理論計算表明，氨壓縮機在85%的負荷條件下即可滿足低溫甲醇洗工段4臺氨冷器的用氨量，而實際氨壓縮機負荷基本上在100%左右，浪費蒸汽約2 t/h。

3 原因分析

(1)通過分析論證，發(fā)現(xiàn)儀表測量的確存在誤差，但工藝指標的總體趨勢是正確的。

(2)通過分析論證，發(fā)現(xiàn)氨壓縮機防喘振工作點接近防喘振線時，機組的實際運行狀態(tài)并未達到喘振工況。該氨壓縮機組控制系統(tǒng)采用ITCC控制技術，具有以下特點：①ITCC控制系統(tǒng)采用先進的防喘振控制技術，可以精確檢測出壓縮機的工作點并將工作點盡可能靠近控制線，從而在保證壓縮機安全的情況下，減少蒸汽消耗量；②喘振控制器可以選擇自動、半自動、全手動3種工作模式，正常情況下一般投用半自動模式，工作點移向喘振區(qū)時，防喘振閥將打開；③壓縮機出現(xiàn)喘振或聯(lián)鎖停車，防喘振閥快速全開，從而保證壓縮機組的安全。從ITCC控制技術在國內外化工領域的應用來看，該技術十分成熟可靠，不是引起氨壓縮機一段防喘振閥開度大的原因[1]。因此，初步判斷導致氨壓縮機一段防喘振閥開度大的原因是防喘振曲線的設定存在偏差。

(3)查閱工藝設計文件時，發(fā)現(xiàn)變換工段的變換氣設計值為147 762 m3/h(標態(tài))，而低溫甲醇洗工段進氣量為155 246 m3/h(標態(tài))，即低溫甲醇洗工段是按5%的富余量進行設計的。根據(jù)低溫甲醇洗工段的數(shù)據(jù)對4臺氨冷器進行熱負荷核算，其總蒸發(fā)量為14 913 m3/h(標態(tài))，而氨壓縮機一段入口流量設計值為17 106 m3/h(標態(tài))。

綜上所述，氨壓縮機的防喘振性能曲線是根據(jù)理論數(shù)據(jù)設置，與實際工藝指標存在一定的偏差，導致氨壓縮機防喘振性能曲線不能滿足其降負荷運行的要求。

4 性能曲線修正試驗

根據(jù)實際運行數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)計算得知，理論上可以將氨壓縮機喘振線向左移動，以增大其運行空間[2]。在試驗過程中，通過觀察進口流量值判斷其是否發(fā)生喘振，當動態(tài)壓差超過穩(wěn)定狀態(tài)的20%而沒有其他指示時，可以認為氨壓縮機發(fā)生喘振。同時，為了更直接地觀察喘振初期的現(xiàn)象，在氨壓縮機出口管路安裝1只精密壓力表，當精密壓力表指針回擺壓力下降時，可以認為氨壓縮機發(fā)生了喘振初期現(xiàn)象[3]，此時應快速將防喘振閥全開，消除喘振現(xiàn)象，并記錄下喘振壓差等試驗參數(shù)[4]。

在氨壓縮機性能曲線修正試驗中，分別平移氨壓縮機一段防喘振曲線中的部分區(qū)域，以確定氨壓縮機性能曲線的最佳修正數(shù)據(jù)。

在進行氨壓縮機性能曲線修正試驗時，保證氨壓縮機在80%以上的穩(wěn)定負荷進行實測。中控操作：①將一段防喘振返回閥從半自動調至手動，記錄實測前的數(shù)據(jù)。②緩慢關閉一段防喘振返回閥，關閉閥位的5%記錄1次數(shù)據(jù)，保持運行5 min。在關小防喘振返回閥時，密切關注氨壓縮機各點振動、位移測點是否有變化。從S8000振動檢測系統(tǒng)和ITCC界面觀察氨壓縮機非驅動端和驅動端振動圖譜和趨勢、軸向位移的振動圖譜和趨勢，振幅信號有微小的突變表示氨壓縮機可能開始出現(xiàn)喘振，中控應快速打開一段防喘振返回閥并記錄此時的數(shù)據(jù)。③如果一段防喘振返回閥完全關閉后機組仍然未出現(xiàn)喘振，則降低負荷并按上述操作步驟再次進行實測。④如果在關閉一段防喘振返回閥時機組發(fā)生喘振，應立即開大防喘振返回閥進行調整；若調整無法使喘振消除，操作人員應立即按緊急停車進行處理；如果緊急停車出現(xiàn)問題無法實現(xiàn)停車，應立即通知現(xiàn)場人員打閘停車，同時記錄喘振時的數(shù)據(jù)。⑤停車后轉子轉速降為零，立即啟動電動盤車，認真檢查干氣密封和油系統(tǒng)的運行情況。

現(xiàn)場操作：①監(jiān)視氨壓縮機出口精密壓力表指針是否有變化；②監(jiān)聽壓縮機高、低壓缸是否有異常聲響。

5 試驗結果

氨壓縮機性能曲線修正前后數(shù)據(jù)對比如表1所示。

根據(jù)氨壓縮機生產(chǎn)企業(yè)提供的理論公式和試驗數(shù)據(jù)，重新計算出接近實際喘振區(qū)域的喘振線坐標，對ITCC原有的防喘曲線進行了修正，修正前、后氨壓縮機防喘振性能曲線如圖1和圖2所示。

表1 氨壓縮機性能曲線修正前后數(shù)據(jù)對比

圖1 修正前氨壓縮機防喘振性能曲線

圖2 修正后氨壓縮機防喘振性能曲線

從氨壓縮機性能曲線修正試驗結果可以看出，修正后的氨壓縮機防喘振性能曲線明顯向橫坐標左端移動，使氨壓縮機獲得更大的工作區(qū)間，在相同工況下，防喘振閥開度明顯減小，回流量減少，氨壓縮機負荷降低。即在氨壓縮機進口流量為13 420 m3/h(標態(tài))情況下，氨壓縮機防喘閥可以全關，蒸汽消耗量為18.52 t/h左右，比修正前減少了4.19 t/h，年可節(jié)約生產(chǎn)成本450萬元。同時，氨壓縮機一段工作控制點遠離防喘區(qū)域，機組運行區(qū)間大幅提高，運行更加平穩(wěn)，有利于實現(xiàn)設備的長周期穩(wěn)定運行。