氨壓縮機防喘振控制系統(tǒng)改造

趙大鵬

(江蘇索普〔集團〕電儀廠，江蘇鎮(zhèn)江 212006)

江蘇索普(集團)造氣改造項目中的氨壓縮機組是整個裝置的重要部分，采用MCL607+2MCL607離心壓縮機裝置，是通過機組對系統(tǒng)的氣氨進行壓縮、冷凝，供裝置用戶循環(huán)使用，對系統(tǒng)提供冷量。該離心壓縮機機組主要由低壓缸MCL607、高壓缸2MCL607、冷卻器、汽輪機及潤滑油站等組成，由沈陽鼓風(fēng)機(集團)有限公司(以下簡稱沈鼓集團)成套生產(chǎn)，原動機為杭州汽輪機股份有限公司生產(chǎn)的汽輪機。汽輪機與壓縮機之間用膜片聯(lián)軸器聯(lián)接。

該氨壓縮機組已運行了幾年，在最易發(fā)生喘振的夏季[1]及最大負荷運行條件下，高壓缸和低壓缸運行點均在防喘振線附近，防喘振閥開度都在30%左右，導(dǎo)致防喘振閥回流量大(初步計算大約40%的壓縮氣體都用于打回流)，中壓蒸汽用量在23 t/h左右，系統(tǒng)負壓最大為-5 kPa(遠小于設(shè)計值-37 kPa)。從長期運行情況看，氨壓縮機組抽負壓能力不夠，制冷效果不理想，且能耗較高。

1 問題分析

壓縮機組設(shè)計氣動性能參數(shù)見表1。

表1 壓縮機組設(shè)計氣動性能參數(shù)

經(jīng)過幾年長周期運行，統(tǒng)計壓縮機組在夏季最高負荷下的實際運行參數(shù)，見表2。

表2 壓縮機組實際氣動性能參數(shù)

目前，壓縮機組低壓缸和高壓缸運行點均在防喘振線附近，防喘振閥開度都在30%左右，機組抽負壓能力不夠，當(dāng)轉(zhuǎn)速在8 300 r/min時，進口負壓只有-5 kPa左右。通過對比設(shè)計和實際運行工況參數(shù)，并分析現(xiàn)場氣路界面及防喘振界面的各氣動參數(shù)，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：①現(xiàn)場進口條件與設(shè)計進口條件偏差較大；②現(xiàn)場氣體組分與設(shè)計氣體組分存在偏差。上述兩種因素導(dǎo)致現(xiàn)場實際喘振線與設(shè)計喘振線偏差較大，故必須在現(xiàn)場對壓縮機組進行性能測試，準(zhǔn)確標(biāo)定壓縮機喘振線，修改防喘振線，盡可能地關(guān)小防喘振閥，以減少壓縮機的回流量，提高氨壓縮機的抽負壓能力，增加液氨的蒸發(fā)氣量，確保壓縮機高效節(jié)能安全穩(wěn)定運行。

2 壓縮機喘振線的測試

2.1 測試條件

(1)測試過程可能會造成工藝波動，對后續(xù)工藝流程產(chǎn)生影響，因此需在不影響工藝流程的情況下進行性能測試。

(2)機組穩(wěn)定運行，各參數(shù)正常，各聯(lián)鎖投入正常。

(3)測試通過防喘振閥、工藝管線調(diào)節(jié)閥實施，具體操作還需進一步與操作人員溝通。

(4)在整個測試過程中，要求工作轉(zhuǎn)速固定在日常生產(chǎn)范圍內(nèi)。

(5)防喘振閥、壓縮機上位機采集信息的所有儀器、儀表需確保能夠正常運行。

(6)辦理好相關(guān)聯(lián)鎖摘除手續(xù)。

(7)原有防喘振線控制屏蔽具體要求由沈鼓集團提供，沈鼓自控公司負責(zé)程序屏蔽工作。

2.2 試驗方法

試驗按ASME PTC-10：1997標(biāo)準(zhǔn)方法進行，即以真實氣體的氣動性能試驗，測試以額定轉(zhuǎn)速的100%、90%、80%為下喘振點。測量參數(shù)主要包括進出口壓力、進出口溫度、流量、流量上游壓力、流量上游溫度及轉(zhuǎn)速等，氣體溫度采用鉑電阻測量，壓力采用現(xiàn)場壓力變送器測量，流量采用現(xiàn)場流量裝置并在中控室有流量差壓顯示。

2.2.1 試驗前調(diào)節(jié)

(1)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到額定轉(zhuǎn)速。

(2)確保壓縮機的進口壓力恒定，達到設(shè)計狀態(tài)。

(3)通過防喘振閥和系統(tǒng)出口閥調(diào)節(jié)壓縮機出口壓力。

(4)通過逐漸調(diào)小防喘振閥和系統(tǒng)出口閥，確認機組實際喘振線。

2.2.2 試驗步驟

(1)壓縮機轉(zhuǎn)速調(diào)試到額定轉(zhuǎn)速，通過逐漸調(diào)節(jié)防喘振閥和系統(tǒng)出口閥，接近喘振工況，實測喘振點，以達到實測目的，確定喘振的穩(wěn)定準(zhǔn)確控制。

(2)根據(jù)調(diào)節(jié)工況點記錄數(shù)據(jù)進行換算。

(3)用同樣的方法確定設(shè)計轉(zhuǎn)速90%、80%的喘振點。

(4)確認最終喘振點，進行數(shù)據(jù)處理。

(5)根據(jù)實測壓縮機組喘振點對壓縮機控制系統(tǒng)的控制程序進行修正。

(6)按照機組的運行條件進行模擬試驗。

喘振點的判斷[2-4]：①確認防喘閥的實際位置與反饋是否一致；②壓縮機入口和出口是否發(fā)出周期性高、低的聲音；③觀察壓縮機入口壓力和進口流量值是否出現(xiàn)周期性、大幅度波動；④觀察壓縮機出口壓力值，當(dāng)?shù)?次監(jiān)測到壓力顯示有降低時，認為機組發(fā)生喘振；⑤觀察機組振動檢測界面，如果振幅信號有微小的突變，表示機組可能開始喘振；⑥當(dāng)上述②③④⑤中任意一條顯示出機組將發(fā)生喘振時，迅速拷屏主界面，然后立即按下緊急按鈕，快速打開防喘振閥。

3 防喘振線的修改

3.1 喘振前機組情況

喘振試驗前，高、低壓缸的運行點均在防喘振線附近，2個防喘振閥開度分別在27.0%和32.3%。高、低壓缸防喘振界面截圖示意見圖1。

圖1 高、低壓缸防喘振界面截圖示意

3.2 試驗過程及喘振現(xiàn)象

按照試驗步驟，機組分別在轉(zhuǎn)速8 348 r/min和8 201 r/min的情況下進行了2次喘振試驗。首先在轉(zhuǎn)速為8 348 r/min情況下，通過緩慢關(guān)閉高、低壓缸的防喘振閥，機組回流流量變小；當(dāng)高、低壓缸防喘振閥全部關(guān)閉時，機組尚未發(fā)生喘振；繼續(xù)關(guān)高壓缸出口手動調(diào)節(jié)閥，閥門開度關(guān)小到10%左右，機組還未發(fā)生喘振。由于無法測出機組的理想喘振點，故只能將測出的真實點給出一定裕度[1]，結(jié)合以前的運行情況將運行點作為8 348 r/min轉(zhuǎn)速下的喘振點，然后機組恢復(fù)到原來的運行狀態(tài)并降低轉(zhuǎn)速。在轉(zhuǎn)速為8 201 r/min時，緩慢關(guān)小高、低壓缸防喘振閥，在2個防喘振閥全部關(guān)閉時，機組發(fā)生了喘振現(xiàn)象，迅速打開喘振閥退出喘振區(qū)。氣體流量和軸系振動變化的歷史趨勢截圖示意分別見圖2和圖3。

圖2 氣體流量歷史趨勢截圖示意

圖3 軸系振動變化歷史趨勢截圖示意

由圖2、圖3可以看出：喘振發(fā)生時，高、低壓缸流量計差壓發(fā)生急劇變化，高、低壓缸振動明顯升高。

3.3 實測喘振點數(shù)據(jù)處理

按照上述測試步驟，可以得到實際轉(zhuǎn)速為8 348 r/min和8 201 r/min時的喘振點數(shù)據(jù)，分別見表3和表4。

3.4 防喘振線的修改

低、高壓缸喘振線修改結(jié)果分別見圖4和圖5。

表3 轉(zhuǎn)速為8 348 r/min時的喘振點數(shù)據(jù)

圖4 低壓缸喘振線修改結(jié)果

圖5 高壓缸喘振線修改結(jié)果

對修改后的防喘振程序進行模擬，確認其功能的完整性和準(zhǔn)確性。

4 喘振線修改后的使用效果

2016年6月28日，通過裝置停車前對喘振線進行重新標(biāo)定和改造，并對喘振裕度設(shè)置方法進行調(diào)整。調(diào)整前，喘振裕度只能固定在8%；調(diào)整后，喘振裕度可在5%～8%之間修正。此次改造后，選擇喘振裕度在7%機組開車運行，運行一段時間后，喘振裕度調(diào)整為6%一直穩(wěn)定運行至今。經(jīng)改造，壓縮機喘振閥開度已在10%以內(nèi)，壓縮機蒸汽消耗量明顯下降，且制冷效果還略有提升；由于喘振閥開度變小，現(xiàn)場噪聲明顯改善。比較試驗前2016年5月26日7:45和試驗后2018年4月17日9:45的運行數(shù)據(jù)，結(jié)果見表5。

表5 試驗前、后數(shù)據(jù)比對

5 結(jié)語

該氨壓縮機機組于2016年6月28日進行了現(xiàn)場喘振試驗，測試出機組真實喘振點，重新標(biāo)定了喘振線。在滿負荷工況下，將喘振閥開度從30%降至10%，蒸汽用量從平均21.9 t/h降至17.3 t/h，達到了預(yù)期的節(jié)能降耗的目的。

但仍存在以下問題：①機組性能與實際需求不匹配，喘振閥還有一定的開度。目前控制系統(tǒng)已調(diào)到極限，如果進一步進行節(jié)能，需要更換匹配的機組轉(zhuǎn)子。②目前機組的控制方式只是基于PI算法的傳統(tǒng)控制方法，還沒有從具體的設(shè)備控制轉(zhuǎn)變?yōu)閷φ籽b置的綜合控制[7-8]，將來進一步引入先進控制策略，可實現(xiàn)“無人值守”的智能控制[9]。