冷劑壓縮機流量異常案例分析

王利勇

（沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧沈陽 110869）

1 問題描述

機組兩段6 級，汽輪機拖動，齒輪箱增速，壓縮機設計轉速11 325 r/min，氣體組分由N2（15.31%）、CH4（37.47%）、C2H4（24.30%）、C3H8（15.92%）、IC5H12（7.01%），平均分子量29.19，單段防喘振（一回一、二回二）。一段進口流量41 895 Nm3/h，進口壓力0.462 MPa（a.），進口溫度8.38 ℃，一段出口壓力1.216 MPa（a.），出口溫度71.7 ℃；二段進口流量41 895 Nm3/h，進口壓力1.181 MPa（a.），進口溫度40 ℃，二段出口壓力2.824 MPa（a.），出口溫度102.1 ℃。

設計轉速下，一段流量42 528 Nm3/h（一回一防喘振閥門開度27%），低于設計流量；二段流量57 286 Nm3/h（二回二防喘振閥門關閉），大于一段流量，壓縮機上游氣源量48 000 Nm3/h。二段出口壓力1.611 MPa（G.）左右，未達到設計出口壓力的2.824 MPa（a.），一段工作點已在防喘振線附近，沒有調節裕度。電機轉速已接近額定轉速，機組軸系各振動、溫度均正常。

2 排查方向

首先解決一段和二段流量不匹配問題，確保流量顯示準確后，通過工藝調節觀察一段運行點情況及電機超電流問題，為此采用倒推法，具體如下：

（1）排查流量計處測試管線及儀表，如有必要更換新差壓變送器。

（2）排查控制系統內流量參數設定、控制邏輯、流量計算公式。

（3）排查測點前后工藝管線上是否存在堵塞以及抽、加氣情況。

（4）排查機組性能是否達標，如有必要排查缸體內情況。

3 原因分析

（1）通過現場排查流量計處整個測試管線及儀表，沒有發現有漏氣或堵塞現象，安裝情況滿足設計要求。流量計的設計及選型滿足設計規范及使用要求。將一段流量計及二段流量計上差壓變送器進行更換，顯示流量與更換前基本一致，證實現場流量差壓變送器顯示值無誤。

（2）現場確認控制系統內流量參數與流量計規格書一致。核算確認：控制系統系統內流量計算公式、防喘振計算公式無問題。機組正在運行，不能確認流量計元件內部是否存在問題，導致氣流通過流量計后，造成差壓值不準確。

（3）通過運行趨勢及現場一次表，測點前后工藝氣管路沒有堵塞的跡象，尤其管道過濾器，就地壓力表顯示的差壓在正常范圍。根據運行數據及實測組分，理論核算流量值基本接近畫面顯示值。該機組設計上為一回一及二回一防喘振，中間沒有抽加氣工藝，且氣體中沒有液體析出。畫面顯示一段防喘振閥門處于開啟狀態，二段防喘振閥門處于關閉狀態，現場檢查各工藝管線旁路閥門、喘振閥旁路閥門處于關閉狀態，實際是否發生內漏待停機檢測。

（4）根據目前運行情況理論核算，由于一段和二段流量不一致，使用一段和二段流量值分別進行理論核算，結果與目前實際的出口條件均不一致，由此可以得出壓縮機目前一段和二段的流量數值均不準確；確認壓縮機設計上不存在問題，電機選型不存在問題，電機功率在設計上仍有余度，而實際運行過程中電機發生了超設計電流情況，判斷機組目前應該在超設計工況下運行。由于裝置下游“冷箱”工藝為設計的30%，壓縮機出口壓力無法提升。現狀下可以通過調節壓縮機與下游裝置間的“節流閥”憋壓（正產投產不應該通過此節流閥調節），檢驗壓縮機性能。

采用將壓縮機出口節流憋壓的方式，測試壓縮機出口壓力是否達標。將壓縮機出口節流閥開度漸收,電機轉速提升至最大轉速，一段喘振閥配合著漸開以保證一段喘振點在安全區域內。最終出口節流閥開度降至40%，一段防喘振閥開度升至65%，出口壓力達到2.636 MPa（G.），基本達到了設計壓比。在此工況點機組各軸系振動、溫度均正常，氣源分子組分基本接近設計值，但電機電流偏大，電機定子溫度偏高，壓縮機溫升在設計范圍，二段流量高于一段流量約8000 Nm3/h。通過測試確認，壓縮機本體性能沒有問題，所以壓縮機缸體不用拆檢查看。

通過多方分析和排查，最終將疑點鎖定如下兩個方面：一是一段流量計測試元件本身有問題，氣流通過該流量元件產生的差壓值偏小25%左右；二是二段喘振閥門在關閉狀態時存在泄漏，或二段喘振閥旁路閥門存在泄漏。

4 改進方案

（1）對壓縮機一段入口流量計及喘振線進行修正。在征得用戶同意的前提下，根據壓縮機上游來料流量對壓縮機一段入口流量進行修正。根據實測數據比較，將壓縮機一段入口流量差壓變送器量程從（0～6 kPa）在控制系統內改為（0～12 kPa），此時在不同工況下，壓縮機一段入口流量基本與壓縮機上游來料氣流量吻合。

在修正壓縮機一段流量后為保證機組控制系統內防喘振線有效投用，對一段防喘振系統進行實測及修正。實測過程需非常緩慢進行，觀察振動情況，若機組出現喘振現象則立刻停止壓力調節，迅速打開防喘振閥，在試驗過程中，注意觀察所有機械運轉的測試數據保證機組平穩正常運行。在修改完防喘振線后，在DCS 上位機人為修改工況點狀態對防喘振系統進行模擬測試，各項防護措施基本達到預期目標。

（2）停機檢修期間，對壓縮機各防喘振閥及其旁路閥門是否有內泄漏的情況。最終發現：二段防喘振旁路閥門嚴重內漏，遂更換新的防喘振旁路閥門。重新啟機，達到額定轉速后，在一、二段防喘振閥全關情況下，機組運行畫面顯示一段流量已達到量程最大值65 000 Nm3/h，遠大于二段流量顯示值。目的根本原因可以判定：二段防喘振旁路閥內泄漏造成的，且二段防喘振閥旁路閥回流量大，約為15 000 Nm3/h。而一段流量計本身、原始喘振線設置均無問題。此時一段流量示值65 000 Nm3/h 是由更改控制系統內流量計量程所致。故需要將一段流量計參數及防喘振線改回原始條件。

5 改進效果

（1）將控制系統內一段流量計量程調回原始狀態，將喘振線改回原始曲線。再次啟機，防喘振閥全關情況下，一段、二段流量值基本一致，且與上游來料氣源流量基本一致；一段、二段運行點位置正常，一段運行點會遠離防喘振線。裝置下游工藝“冷箱”負荷增加，壓縮機二段出口壓力持續穩定升高。此時電機電流降至正常值。

（2）對壓縮機進行實測性能，對比原設計性能曲線，檢驗機組性能。通過現場實測數據、結果及性能曲線的分析，在無閥門內漏的情況下，機組性能已達到設計要求，無須再對各項系統內的參數及喘振線進行修改。

6 結束語

機組在投運期間出現喘振點異常、流量異常、運行點貼近防喘振線、電機電流超設計值問題，原因為二段喘振閥旁路閥內泄漏所致。因二段防喘振閥旁路閥回流量大，增加二段入口流量及二段功率，二段運行點遠離防喘振線，此狀態下二段入口管網阻力增大，導致一段顯示流量值偏小，工作點靠近防喘振線，沒有調節空間。由于一段防喘振閥開度較大且實際二段防喘振閥回流量也很大，導致電機電流超設計值的情況發生。

在制冷劑壓縮機剛啟機的階段，系統冷箱持續降溫，在此期間需要不斷向循環內補如各制冷劑，慢慢調節各制冷劑的配比。在補液相制冷劑（丙烷、異戊烷等）時，建議采用少量、短時、多次的方式，與輕分子量氣相冷劑（甲烷、乙烯等）配合著交替補入。有條件的情況下建議打開壓縮機入口管線的電伴熱裝置。如上操作可以有效防止因壓縮機入口氣源帶液，導致轉子葉輪帶液，影響壓縮機轉子的動平衡，從而導致軸振動大而連鎖跳車。冷箱負荷也時影響壓縮機出口壓力的因素之一：冷箱負荷低于設計，對于壓縮機來說管網阻力小；冷箱提升負荷，管網阻力增大，對壓縮機二段出口壓比的建立能起到積極作用。