冷劑壓縮機流量異常案例分析

王利勇

（沈陽鼓風(fēng)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(shè)計轉(zhuǎn)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(shè)計轉(zhuǎn)速下，一段流量42 528 Nm3/h（一回一防喘振閥門開度27%），低于設(shè)計流量；二段流量57 286 Nm3/h（二回二防喘振閥門關(guān)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(shè)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(diào)節(jié)裕度。電機轉(zhuǎn)速已接近額定轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)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(tǒng)內(nèi)流量參數(shù)設(shè)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(nèi)情況。

3 原因分析

（1）通過現(xiàn)場排查流量計處整個測試管線及儀表，沒有發(fā)現(xiàn)有漏氣或堵塞現(xiàn)象，安裝情況滿足設(shè)計要求。流量計的設(shè)計及選型滿足設(shè)計規(guī)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(xiàn)場流量差壓變送器顯示值無誤。

（2）現(xiàn)場確認控制系統(tǒng)內(nèi)流量參數(shù)與流量計規(guī)格書一致。核算確認：控制系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)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(nèi)部是否存在問題，導(dǎo)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(xiàn)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(jù)運行數(shù)據(jù)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(shè)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(tài)，二段防喘振閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，現(xiàn)場檢查各工藝管線旁路閥門、喘振閥旁路閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，實際是否發(fā)生內(nèi)漏待停機檢測。

（4）根據(jù)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(jié)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(shù)值均不準確；確認壓縮機設(shè)計上不存在問題，電機選型不存在問題，電機功率在設(shè)計上仍有余度，而實際運行過程中電機發(fā)生了超設(shè)計電流情況，判斷機組目前應(yīng)該在超設(shè)計工況下運行。由于裝置下游“冷箱”工藝為設(shè)計的30%，壓縮機出口壓力無法提升?，F(xiàn)狀下可以通過調(diào)節(jié)壓縮機與下游裝置間的“節(jié)流閥”憋壓（正產(chǎn)投產(chǎn)不應(yīng)該通過此節(jié)流閥調(diào)節(jié)），檢驗壓縮機性能。

采用將壓縮機出口節(jié)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(jié)流閥開度漸收,電機轉(zhuǎn)速提升至最大轉(zhuǎn)速，一段喘振閥配合著漸開以保證一段喘振點在安全區(qū)域內(nèi)。最終出口節(jié)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(shè)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(shè)計值，但電機電流偏大，電機定子溫度偏高，壓縮機溫升在設(shè)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(chǎn)生的差壓值偏小25%左右；二是二段喘振閥門在關(guān)閉狀態(tài)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(jù)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(jù)實測數(shù)據(jù)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(tǒng)內(nèi)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(tǒng)內(nèi)防喘振線有效投用，對一段防喘振系統(tǒng)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(xiàn)喘振現(xiàn)象則立刻停止壓力調(diào)節(jié)，迅速打開防喘振閥，在試驗過程中，注意觀察所有機械運轉(zhuǎn)的測試數(shù)據(jù)保證機組平穩(wěn)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(tài)對防喘振系統(tǒng)進行模擬測試，各項防護措施基本達到預(yù)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(nèi)泄漏的情況。最終發(fā)現(xiàn)：二段防喘振旁路閥門嚴重內(nèi)漏，遂更換新的防喘振旁路閥門。重新啟機，達到額定轉(zhuǎn)速后，在一、二段防喘振閥全關(guān)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(nèi)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(shè)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(tǒng)內(nèi)流量計量程所致。故需要將一段流量計參數(shù)及防喘振線改回原始條件。

5 改進效果

（1）將控制系統(tǒng)內(nèi)一段流量計量程調(diào)回原始狀態(tài)，將喘振線改回原始曲線。再次啟機，防喘振閥全關(guān)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(xù)穩(wěn)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(shè)計性能曲線，檢驗機組性能。通過現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)、結(jié)果及性能曲線的分析，在無閥門內(nèi)漏的情況下，機組性能已達到設(shè)計要求，無須再對各項系統(tǒng)內(nèi)的參數(shù)及喘振線進行修改。

6 結(jié)束語

機組在投運期間出現(xiàn)喘振點異常、流量異常、運行點貼近防喘振線、電機電流超設(shè)計值問題，原因為二段喘振閥旁路閥內(nèi)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(tài)下二段入口管網(wǎng)阻力增大，導(dǎo)致一段顯示流量值偏小，工作點靠近防喘振線，沒有調(diào)節(jié)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(dǎo)致電機電流超設(shè)計值的情況發(fā)生。

在制冷劑壓縮機剛啟機的階段，系統(tǒng)冷箱持續(xù)降溫，在此期間需要不斷向循環(huán)內(nèi)補如各制冷劑，慢慢調(diào)節(jié)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(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉輪帶液，影響壓縮機轉(zhuǎn)子的動平衡，從而導(dǎo)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(shè)計，對于壓縮機來說管網(wǎng)阻力??；冷箱提升負荷，管網(wǎng)阻力增大，對壓縮機二段出口壓比的建立能起到積極作用。