LNG工厂冷剂压缩机运行方案优化经验

罗 斐

昆仑能源湖北黄冈液化天然气有限公司,湖北 黄冈 438011



LNG工厂冷剂压缩机运行方案优化经验

罗 斐

昆仑能源湖北黄冈液化天然气有限公司,湖北 黄冈 438011

为了研究压缩机组开车失败的原因及其影响因素,结合某厂3台压缩机组多次现场开车记录,对开车方案、电力、工艺、设备、仪表等各方面现场情况进行综合对比和节点分析。在问题汇总的基础上提出建议,取得了压缩机一次开车成功的依据。研究得出，影响压缩机组开车失败的原因众多,其中振动控制是关键。在找到温度与振动平衡点后,合理控制温度让机体温度下降、出口温度上升,振动下降,形成良性循环。最后把握好升速时机,平稳操作,使启机成功。

LNG;压缩机;振动;开车;情况分析

0 前言

某厂设计处理气体量为5 000 000 m3/d,产量为3 408 t/d。该工程从设计工艺到设备制造全部实现国产化,是我国首个全国产化LNG工厂。该工程设置有3台离心式冷剂压缩机,整套设备的正常运行对我国大型压缩机及其驱动装置制造业发展具有指导意义和代表作用。

压缩机组是将低压气体提升为高压气体的一种从动式流体机械[1],是整个生产装置的核心设备。压缩机组的选型、运转、维护直接影响到LNG工厂的生产。大型LNG工厂具有设备本体大、投资高、仪表设备复杂、操作精度高等特点,所以要求生产过程中压缩机组得到及时维护,保证平稳运转。目前在流体机械领域中关于压缩机组性能优化、喘振控制、节能等方面的研究较活跃[2],但对于如何确保压缩机组一次开车成功,平稳越过临界区,最大限度减小机组负荷,保证变频设备安全等问题,尚未见到标准化论述。本文基于某厂实际,对压缩机组开车投运实例进行探讨,总结出适合于LNG工厂的开车办法[3-6]。

1 开车方案

3机组开车前要确保前端流程畅通,开工线循环正常,物料装配完毕,系统干燥合格,公用工程、干气密封、润滑油系统运行正常[6]。在系统湿气置换完成,压力达标后,依次开启丙烯、乙烯、甲烷压缩机,最后引入天然气,切换为正常流程。为保证压缩机组顺利开车,应严格执行本开车方案。

1.1 丙烯压缩机开车

图1 丙烯压缩机组升速临界曲线

1.2 乙烯压缩机开车

1.3 甲烷压缩机开车

图2 乙烯压缩机组升速临界曲线

图3 甲烷压缩机组升速临界曲线

2 启机失败情况汇总

开车过程中由于三级制冷循环工艺设计影响,3机组的负荷由大到小依次为丙烯、乙烯、甲烷压缩机。所以一次性开启丙烯、乙烯压缩机一直是难点。若多次反复启机,不仅浪费冷剂,而且会损耗机体及相关设备,还加重了工作人员体力劳动,诱发不安全因素[14]。启机失败情况汇总见表1。

由表1可见，振动联锁是开车失败的主要诱因,引起振动过高的因素众多，现以乙烯压缩机组为例针对近期启机情况进行问题分析。

3 问题分析

乙烯压缩机组现场启机记录见表2。

由表2可见，振动是此次启机失败的主要原因,机体未全部冷透是关键问题。后几次尝试由于排淋液引起的机体局部应力变形而导致机体不平衡最终导致一阶段临界区下滑[15-17]。最终启机成功的突破口在于找到了温度与振动平衡点,合理控制温度让机体温度下降,出口温度上升,振动下降,形成良性循环,最后把握好升速的最佳时机使启机成功。但多次尝试的弊端大,不确定因素多。若能一次性开车成功不仅能有效减少变频及其相关设备损耗,而且能节约冷剂，减少因二次启机泄压造成的物料泄放损失[18-19]。

表1 启机失败情况汇总

诱因节点分析建议事件机体发生概率/(%)振动联锁压缩机入口有小液滴进入,导致轴冷热不均入口管线排凝并适当加快升速时间乙烯压缩机施工或长时间停机等特殊工况导致动平衡失效依次调整励磁机,电机配重3机组均有入口温度压力达到泡点以至于出液,导致机体内部冷热不均合理把握各升速区间运行时间,严控温度、压力3机组均有首次开机,机体处于热状态,机体未全部冷透,主轴未甩开首次启机尽量冷却机体,降低各部分振动3机组均有80电流超高联锁一、二段喘振阀关闭反应过慢检查相应阀位,同时加强人员操作丙烯压缩机5变频器超载喘振阀收放不及时,未及时降负荷找出升速与变频器的平衡点,合理把握升速时间点3机组均有10仪表故障振动、温度、压力等仪表探头损坏加强巡检3机组均有2干气密封失效低速运转和不稳定操作引起的密封件损坏避免压缩机400r/min以下长时间低速旋转,避免低压启机甲烷压缩机3

表2 乙烯压缩机组现场启机记录

4 结论与思考

冷剂压缩机组是LNG工程正常生产的核心冷量提供设备,它能否安全运行将直接影响整个LNG工厂的生产。针对某厂冷剂压缩机组试车情况提出通用指导性经验:

1)电力方面,变频设计规定3机组单机启机24 h内只能尝试3次。若负荷过大、次数过多可能导致变频器模块过热烧毁。

2)工艺方面,若启机失败则需系统泄压到预定值,检查变频设备后才可进行下次尝试,每次泄压需看当时情况，需要时间1～5 h不等。冷剂为易挥发介质,长时间及多次泄压会浪费大量冷剂，造成机体复热，引起压缩机轴部应力变形,产生振动，影响下次启机。

3)设备方面,启机首先应保证干气密封正常运行,反复启机引起的压缩机轴低速旋转(400 r/min以下)或反转会导致密封件受损。每次失败泄压会引起系统压力过低导致干气密封平衡管低压报警。

4)仪表方面,注意喘振阀日常维护与检修,防止因阀门开关不灵活而引起喘振或电流超高导致开车失败。注意各测点探头校对,防止因数据传输和探头损坏而引起联锁停车。

结合某厂实际和自身机体经验规律,针对乙烯冷剂单价贵、易挥发、难回收的特点和因某厂工艺设计而导致乙烯压缩机开车难的实际情况提出针对性思考:

1)针对乙烯冷剂易挥发、停车后系统升压快等因素,建议采用气相法开车,此法和传统开车方法相比能在开车失败后快速放空泄压,同时避免乙烯挥发,节约乙烯。但此方法对操作人员要求较高,存在因压缩机各段进气量不足而引起喘振的风险。

2)冷态开车时中压乙烯吸入罐及乙烯压缩机二级入口管线会有凝液出现,所以启机前应适当排凝,适当延长800 r/min时运转时间,带走余下凝液。

3)低压开车,一般可以将系统泄压至0.6 MPa(丙烯、乙烯压缩机),便于启机时负荷控制。

4)由于材料、温度、工况等原因，压缩机各临界转速会出现偏移,现已验证乙烯压缩机组一阶段临界转速下滑。建议适当调整升速,合理越过临界区。

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2016-01-20

长江大学发展基金(2011025)；长江大学科研发展基金(0709001)

罗 斐(1989-)，男，湖南邵阳人，助理工程师，学士，主要从事LNG工厂设备管理工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.04.008