富气压缩机组防喘振系统的改造设计

刘 娜

（沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁 沈阳 110869）

0 引言

由于用户工况参数的改变导致延迟焦化装置富气压缩机组长期运行于小流量下，导致防喘振阀门开启开度一直在12%～39%，这样的结果直接导致用户严重经济损失。鉴于此，对于此台机组进行了定子等技术的改造并重新改变防喘振计算方案设计，目的在于能够使压缩机组适应现在的小流量运行工况，关闭防喘振阀门运行。

1 防喘振阀门开启原因

原富气压缩机设计正常工况为14000Nm3/h，进口压力为0.035MPa（G），进口温度40℃，出口压力1.4 MPa（G），出口温度114.3℃，分子量34.2。而实际现场工况流量只有10000Nm3/h，进口压力为0.052 MPa（G），分子量34.903。依据数据来看，流量减少幅度比较大，导致机组一直位于喘振区，从而导致防喘振阀门开启。为了便于说明，根据原设计计算的防喘振曲线如图1 和图2 所示。

本机组原来配置一台防喘振调节阀，采用两段防喘振曲线在TS3000 控制系统中低选输出4～20mA 信号控制防喘振阀门。图中“X”点即为10000 Nm3/h 流量下的工作点，但是由于离心压缩机组程序不存在防喘振曲线左面的工作点，也就是在实际生产中不会出现此小流量下不打回流的情况出现，由于程序计算不出防喘振阀门关闭下10000Nm3/h 流量下的压缩机段出口压力，所以这个段出口压力是用户实时监控下的截屏数据，这个数据是在打开防喘振阀门时的出口压力算得的压比。

图1 压缩机一段防喘振曲线Fig.1 The one section anti surge curve of compressor

图2 压缩机二段防喘振曲线Fig.2 The two section anti surge curve of compressor

由上图可看出机组在10000Nm3/h 流量工况下运行，处在喘振线左侧控制系统，必然输出开阀信号使防喘振阀门开启。

2 防喘振系统改造方案

2.1 喘振的定义

在压缩机流道中，由于工况改变，流量明显减少，而出现严重的旋转脱离失速，形成突变型失速时，流动情况会大大恶化。这时工作轮虽仍在旋转，对气体作功，但却不能提高气体的压力，于是压缩机出口压力显著下降。由于压缩机总是和管网系统联合工作的，如果管网容量较大，其反应不敏感，这时管网的压力并不马上减低，于是可能出现管网中的压力反大于压缩机出口处压力的情况。因而管网中的气体就向压缩机倒流。一直到管网中的压力下降至低于压缩机出口压力而止。这时倒流停止，气流又在叶片作用下正向流动，压缩机又开始向管网供气，经过压缩机的流量又增大，压缩机恢复正常工作。但当管网中的压力不断回升，又回复到原有水平时，压缩机正常排气又受到阻碍，流量又下降，系统中的气体又产生倒流。如此周而复始，在整个系统中发生了周期性的轴向低频大振幅的气流振荡现象，这种现象称之为压缩机的“喘振”。

2.2 防喘振系统改造方案的建立

由于喘振会造成压缩机转子断裂，密封及轴承损坏等非常严重的后果，经我公司工艺专家对本体重新核算比较，给出了一个最大限度节约成本的方案，改变部分定子元件实现现有工况的稳定运行。仪表方面通过TS3000 控制系统将压缩机性能曲线由Pd-Qs 坐标转换至Pd/Ps-h/Ps%坐标平面。发生喘振时系统将自动调整喘振控制线安全边界，喘振发生一次，喘振控制线向右调整一次安全边界。当实际操作点远离喘振控制线时，浮动设定点将按一定速率跟踪操作点，并使它们之间保持一个固定距离，当流量突然减小，实际操作点突然向喘振区移动并越过浮动设定点时，防喘振阀门快速按流量变化的程度打开。在防喘振控制系统中，防喘振控制基本方法仍然采用最小流量限控制，但是针对不同的情形采用不同的对策，加之先进的软件系统和可靠硬件配置。依据性能曲线设置喘振线SCL,它相对喘振线SL 留有一定的防喘安全裕度，当运行工况点缓慢移动到SCL 线时，控制器开启防喘振调节阀，回流一部分气体，防止喘振的发生。在喘振线SL 和SCL 之间设一条快开阀控制线RAMP。当以上回路仍未能止住运行工况点的移动时，控制器向防喘振调节阀发出开启的阶跃信号，将阀门全开。

控制系统防喘振计算与Pd，Ps，Ts，Td，h 有关，对高桥公司的富气机组原现场仪表及防喘振阀门，流量计等根据现有工况及预计工况进行核算。由于机组压力温度变化较小而且在当初设计仪表时已经留有余量，所以现场的压力变送器及铂热电阻等可以利旧处理。经核算由于流量减少过多按现在的10000Nm3/h 正常流量计算出的刻度流量仅为12500Nm3/h，原正常流量下14000Nm3/h计算出的刻度流量为20000Nm3/h，若按原节流元件势必会影响测量精度，所以节流元件需更换。现场工况流量减少，防喘振流量也减少，如果用原来的防喘振阀门，在防喘振流量下阀门开度不理想，又由于机组为改造机组，改造原则要求做到克服原来的缺点,尽可能地适应原来的系统，让新系统与其它相关联系统最好是无缝连接。由于管道陈旧所以综合考虑在不改变阀体尺寸的情况下改变了阀门的结构形式。根据最新的性能曲线计算出的防喘振曲线如图3 和图4 所示。

图3 改造后压缩机一段防喘振曲线Fig.3 The one section anti surge curve of compressor after reconstruction

Fig.4 改造后压缩机二段防喘振曲线Fig.4 The two section anti surge curve of compressor after reconstruction

3 结束语

改造之后的压缩机运行工作点都位于喘振线的右侧，在压缩机正常工作范围内。改造保证了压缩机组的完整性，只更换其中一小部分元件和控制系统参数更新便实现了防喘振阀门关闭的目的，达到了预期的效果有效地节约了能源。

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