關(guān)于加氫改質(zhì)裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)喘振分析及控制的探討

孔亮

摘要：基于工藝條件需求，在加氫裝置中，常采用離心壓縮機(jī)視為循環(huán)氫壓縮機(jī)。在離心壓縮機(jī)工況中，喘振不是正常工況，當(dāng)達(dá)到一定條件時，喘振就可發(fā)生。基于壓縮機(jī)喘振，本文對其進(jìn)行了概述，對引起壓縮機(jī)喘振的因素進(jìn)行了分析，對如何有效控制壓縮機(jī)喘振進(jìn)行了探討，本人能力有限，希望能幫助到相關(guān)人士。

關(guān)鍵詞：壓縮機(jī)喘振;可變極限流量;固定極限流量;循環(huán)氫

引言：在工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，離心壓縮機(jī)是關(guān)鍵設(shè)備，用來對氣體進(jìn)行傳輸，在離心壓縮機(jī)中，喘振是獨(dú)有的特點(diǎn)，若離心機(jī)發(fā)生喘振，極有可能對設(shè)備造成損壞，進(jìn)而引起物質(zhì)泄漏事故的發(fā)生，在此情況下，不得不停止生產(chǎn)，來對設(shè)備進(jìn)行檢修，進(jìn)而給企業(yè)造成一定的損失。

1.有關(guān)喘振的概述

在壓縮機(jī)處于運(yùn)行狀況時，在壓力一定的條件下，若氣體流量低于限定值，在此情況下，經(jīng)過壓縮機(jī)的氣流存在極大的不穩(wěn)定性，隨之一系列參數(shù)會產(chǎn)生較大的變化，比如氣體的流量，以及壓縮機(jī)出口處的壓力等，進(jìn)而發(fā)生不正常的聲音及振動，而且是非常強(qiáng)烈的，這就是所謂的喘振。在壓縮機(jī)發(fā)生喘振現(xiàn)象之后，不僅能直接損害壓縮機(jī)本身，而且一系列的組件會因喘振而出現(xiàn)磨損的情況，比如軸承、濾網(wǎng)以及法蘭，若情況較為嚴(yán)重，將能致使壓縮機(jī)不能正常運(yùn)行。另外，對于壓縮機(jī)而言，其大部分流通介質(zhì)具備一定的可燃性以及毒害性，如果壓縮機(jī)被損壞的程度較大，將會導(dǎo)致很多高分氣的泄漏，在此情況下，將極大提高安全事故發(fā)生的概率[1]。

2.流程說明

針對于加氫改質(zhì)，在其工藝中，人們將循環(huán)氫稱之為高分氣，很多情況下，可重復(fù)使用循環(huán)氫，借助于壓縮機(jī)，可從分離器頂部，將高分氣抽取出來，在經(jīng)過壓縮機(jī)增壓處理后，可將高分氣分為三路，其中，一路高分氣在與新氫混合之后，與原柴油組成新的混合物，通過加熱爐，對混合體進(jìn)行加熱，最后進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng);一路高分氣為冷氫所使用，在一定程度上，可對床溫進(jìn)行調(diào)節(jié);第三路循環(huán)氫被引入到分離器的入口處，又稱之為反飛動線，若情況較為特殊，可進(jìn)行適當(dāng)開啟，促使壓縮機(jī)中氣體回流，進(jìn)而可降低壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振的概率。待反應(yīng)終止之后，借助于高壓分離器，將高分氣（也就是循環(huán)氫）分離出來，之后重復(fù)上述循環(huán)。

3.引起壓縮機(jī)喘振的因素

若出現(xiàn)喘振，流量波動較大，機(jī)組振動程度加大，促使轉(zhuǎn)子承擔(dān)載荷，若情況嚴(yán)重，將會促使元件與轉(zhuǎn)子發(fā)生碰撞，進(jìn)而對軸承造成一定程度損壞，最終導(dǎo)致一系列事故的發(fā)生，比如爆炸事故。針對于加氫改質(zhì)裝置而言，當(dāng)其處于正常運(yùn)行狀態(tài)時，反應(yīng)器里的反應(yīng)較為平衡，高分氣分子量實(shí)質(zhì)上是一種穩(wěn)定數(shù)值，在操作參數(shù)發(fā)生改變的同時，循環(huán)氫分子量隨之發(fā)生變化。在高分氣分子量下降到某個數(shù)值時，性能曲線呈現(xiàn)下降的趨勢，在工作點(diǎn)掉入喘振區(qū)之后，進(jìn)而引起壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振[2]。目前，在加氫改質(zhì)裝置中，所采用的新氫，其純度是相當(dāng)高的，高分氣純度已大于85%，如果對廢棄新氫進(jìn)行二次排出，會促使其純度提高，在此情況下，將極大增加喘振發(fā)生的概率，結(jié)合喘振發(fā)生的情況來分析，絕大多數(shù)發(fā)生于高分排放的情況。

在壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，背壓壓力對其的影響不是很大，在背壓壓力處于較低的情況下，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動速率隨之提高，抽氣量顯著增加，在此基礎(chǔ)上，致使高分壓力呈現(xiàn)降低的趨勢，進(jìn)而對產(chǎn)品質(zhì)量造成一定程度的影響;當(dāng)背壓壓力較大時，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動速率隨之降低，抽氣量顯著減少，致使高分壓力呈現(xiàn)上升的趨勢，高分廢氫被排出，高分氣純度隨之增加，在此情況下，極容易發(fā)生壓縮機(jī)喘振的現(xiàn)象。針對于高壓分離器而言，在液相狀態(tài)中，在溫度逐漸降低的同時，氫氣溶解能力隨之降低，在液相中，烴類物質(zhì)的溶解能力隨之提高;在溫度逐漸增加的同時，氫氣溶解能力隨之增強(qiáng)，在液相中，烴類物質(zhì)的溶解能力隨之降低。在實(shí)際運(yùn)行中，不存在閥門開關(guān)操作?；诖?，在原油進(jìn)料量恒定，以及注水量一定的情況下，對于系統(tǒng)特性曲線而言，系統(tǒng)壓力下降對其的影響較大。在系統(tǒng)壓力增加的同時，曲線斜率隨之變大，工作點(diǎn)逐漸朝著喘振區(qū)域移動，當(dāng)系統(tǒng)壓降處于某一范圍時，工作點(diǎn)將對掉入喘振區(qū)，進(jìn)而引起壓縮機(jī)喘振的發(fā)生。

4.壓縮機(jī)喘振的控制

為降低壓縮機(jī)喘振形成的概率，現(xiàn)如今，有很多較為成熟的技術(shù)得到廣泛使用。另外，在最新控制技術(shù)的前提下，并結(jié)合相關(guān)的控制原理，部分新型控制技術(shù)正在大力研究，并取得一定的發(fā)展，在經(jīng)過不斷發(fā)展之后，系統(tǒng)穩(wěn)定能力得以提高。固定極限流量法：當(dāng)負(fù)荷條件處于最大時，相比于其他負(fù)荷條件，在壓縮機(jī)發(fā)生喘振的情況下，流量Q是最高的。針對于壓縮機(jī)最小流量，將其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，確保其大于Q的8%左右，此時稱之為Qmin。當(dāng)壓縮機(jī)流量小于該限定值時，相關(guān)的閥門被開啟，將一部分流通介質(zhì)進(jìn)行排出，或者促使氣體流量回流到入口處，促使系統(tǒng)內(nèi)部流量大于限定值。在對壓縮機(jī)的喘振進(jìn)行控制的過程中，采用該種方法，具有以下優(yōu)勢：所需檢測的儀表不多，控制原理容易理解。同時，該種方法存在一定的不足，具體而言，在負(fù)荷較低的情況下，會造成一些流量的浪費(fèi)，不能充分利用氣體流量，不利于提高系統(tǒng)的效率。針對于壓縮機(jī)而言，在其負(fù)荷處于最小的情況下，流通介質(zhì)往往處于被排空的狀態(tài)?；诖耍魤嚎s機(jī)長時間處于高負(fù)荷狀態(tài)，可采用該方法來對喘振進(jìn)行控制。

可變極限流量法：若壓縮機(jī)負(fù)荷變化頻率較大，應(yīng)綜合考慮負(fù)荷條件的不同，發(fā)生喘振的不同部位。如果為防止壓縮機(jī)發(fā)生喘振，把喘振線視為控制的限值，因此，在喘振線附近，壓縮機(jī)會呈現(xiàn)來回波動的趨勢，在此情況下，可有效避免喘振現(xiàn)象的發(fā)生?；趬嚎s機(jī)的喘振線，可將其右邊8%左右的曲線視為限值，可稱之為響應(yīng)線，通過這樣的方式，可有效防止壓縮機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)[3]。與固定極限流量法相比而言，在壓縮機(jī)負(fù)荷不高的情況下，采用可變極限流量法，可有效減小循環(huán)的流通量，進(jìn)而促使效率得以提升，氣體流量得到充分利用。然而，在對壓縮機(jī)喘振進(jìn)行控制時，采用該種方法，對防喘閥有著較高的要求，在對閥門進(jìn)行選擇時，應(yīng)選取快開特性的，或者借助于相關(guān)的組件，比如電磁閥，在突發(fā)情況下，以便能快速打開閥門;此外，使用該方法，所需儀表數(shù)量較多，不僅需要大量的流量，而且還要有壓縮機(jī)的出口與入口壓力，要求檢測具備較高的精準(zhǔn)度。

新技術(shù)的探索和運(yùn)用：伴隨技術(shù)的快速發(fā)展，以及控制理論愈加成熟，在壓縮機(jī)喘振控制領(lǐng)域，一些新方法得以形成，并得到一定程度的應(yīng)用。比如，基于模糊控制原理，將調(diào)節(jié)器與模糊控制器進(jìn)行融合，進(jìn)而形成模糊PID調(diào)節(jié)器，該復(fù)合調(diào)節(jié)器有效融合了兩者的優(yōu)勢，動態(tài)響應(yīng)因此得以提升;有效借助于預(yù)估控制，在壓縮機(jī)沒有發(fā)生喘振現(xiàn)象之前，在工作點(diǎn)朝著喘振區(qū)域移動時，若速度較快，可事先進(jìn)行干預(yù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對壓縮機(jī)喘振的控制。

結(jié)論：通過以上的分析可以得知，采用可變極限流量法，可有效減小循環(huán)的流通量，進(jìn)而促使效率得以提升，氣體流量得到充分利用;在壓縮機(jī)發(fā)生喘振現(xiàn)象之后，不僅能直接損害壓縮機(jī)本身，而且一系列的組件會因喘振而出現(xiàn)磨損的情況，若情況較為嚴(yán)重，將能致使壓縮機(jī)不能正常運(yùn)行;若出現(xiàn)喘振，流量波動較大，機(jī)組振動程度加大，促使轉(zhuǎn)子承擔(dān)載荷，若情況嚴(yán)重，將會促使元件與轉(zhuǎn)子發(fā)生碰撞，進(jìn)而對軸承造成一定程度損壞，最終導(dǎo)致一系列事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹衛(wèi)波，黃曉暉.柴油加氫改質(zhì)裝置催化劑燒結(jié)原因分析[J].煉油技術(shù)與工程，2017，46（06）：48-51.

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