氮壓機運行工況的調整實踐

張 磊，李新軍

（陜鋼集團漢中鋼鐵有限公司動力能源中心，陜西漢中 724207）

引言

近年來節能型壓縮機廣泛應用于工業制造企業中，它以能源利用率高、參數自適應調節等特點、在最大范圍內通過調節進氣導流葉片角度，使壓縮機保持恒定的壓力；系統異常情況下通過回流閥控制可以極大地減少能源介質的浪費。通過調節進口導流葉片開度和回流閥的開度，使壓縮機始終保持在恒定的壓力下進行無級調節運行，但因氮壓機前端設備空分塔和氮壓機相互間有一定的制約關系，如何調整氮壓機運行工況則是保證機組運行效率最大化的關鍵環節。

氮壓機作為制氧工序的后端增壓設備，承擔著穩定下游工序供氣量和供氣壓力的功能，設備運行的穩定程度直接影響下游設備的正常運轉。針對某鋼鐵企業氮壓機在運行過程中頻繁卸載、工況不穩等問題進行分析，通過改造達到節能降耗、穩定工況，在實際應用中有一定的指導意義。

1 壓縮機系統結構

氮氣自空分塔送出后進入氮壓機，壓縮機入口壓力約12 kPa、經過氮壓機三級壓縮，系統壓力升至0.6～0.8 MPa后送入主管網供用戶使用。見圖1。

圖1 離心式加壓機系統圖

2 壓縮機工況簡介

壓縮機在開機時放空閥、回流閥處于全開位置。設備開機后、設定為自動控制模式；放空閥關閉、壓縮機自動跟蹤系統設定壓力，通過控制進口調節導葉在可調范圍內調節進口氣量，在到達最小電流設定點后、開始自動關閉回流調節閥，使壓縮機保持恒定的排氣壓力，在回流閥關閉到位后、通過進口導葉繼續調節。

因公司主管網采用兩套空分裝置供氣，低壓氮氣壓力約0.7 MPa；因此新增氮壓機在投運期間將系統壓力設定為0.78 MPa、機組最小電流設定為72 A、最大電流設定為88 A、以保證氮氣可以進入公司主管網。

3 故障分析及解決對策

在氮壓機加載時、空分出口壓力在12～16 kPa波動，氮壓機送出氣量約5 000 m3（設計12 000 m3），氮壓機氮氣供應量無法滿足空分設備運行工況及下游用戶氮氣需求量；通過初步分析、認為導致氮壓機工作異常的原因可能有兩方面原因，一是氮氣供應量不足，入口壓力過低導致機組運行異常；二是回流閥調節速度與機組不匹配導致機組加載異常，針對這兩種分析結論采用了以下措施。

（1）提高機組入口管道通量，將DN300 閥門更換為DN400，確保進氣量滿足工況要求。

（2）在回流管道上新增旁通閥一臺，同時將放空閥改造為調節閥，系統在加載時通過旁通閥和放空閥進行調節，加載后通過放空閥PID 調節穩定送出壓力。

改造后機組可以正常起動、手動加載后系統供氣量約10 000 m3/h，供氣壓力0.78 MPa。

系統通過初次改造后穩定運行約15天，但因主管網壓力波動時（0.5～0.7 MPa），氮壓機再次自動卸載，在開機恢復的過程中機組頻繁喘振，無法加載；通過查看曲線，氮壓機因進口導葉在打開的過程中速度過快，將入口管道壓力抽至1 kPa 左右，機組運行在喘振曲線以下、導致喘振。[1]

通過對氮壓機運行情況進行再次分析，機組在加載期間系統需要迅速到達最小電流設定點，之后由回流閥及進口導葉控制系統壓力；氮壓機喘振主要原因為系統調節速率與設定不匹配導致，[2]因此在綜合主管網壓力和空分系統運行穩定的條件下采取了如下措施。

（1）將氮壓機最小電流由72 A 降低為58 A，最大電流由88 A降低到72 A。

（2）將進氣壓力聯鎖點降低至0.88 MPa、放寬喘振帶。

（3）將排氣壓力設定點由0.8 MPa 降低到0.69 MPa。

系統優化完畢后氮壓機可以正常加載，加載后系統壓力為0.69 MPa，主電機電流由原來的72 A 降低至62 A，空分出口壓力穩定在12 kPa、氮氣送出流量約11 000 m3/h，通過觀察運行24 h，設備運行工況穩定，空分系統與氮壓機匹配度滿足系統要求。

4 結論

通過此次氮壓機啟動過程中的故障排除與改造分析，對于相互制約的兩個甚至多個系統，在系統匹配時需要以符合實際工況的要求來整定參數，過大或過小的參數整定一方面不利于設備運行穩定，另一方面不利于設備節能，通過改造，氮壓機在保證工況穩定的基礎上運行電流降低了10 A，系統通過調整后能有效地降低運行成本。