氨压缩机防喘振控制系统改造

赵大鹏

(江苏索普〔集团〕电仪厂，江苏镇江 212006)

江苏索普(集团)造气改造项目中的氨压缩机组是整个装置的重要部分，采用MCL607+2MCL607离心压缩机装置，是通过机组对系统的气氨进行压缩、冷凝，供装置用户循环使用，对系统提供冷量。该离心压缩机机组主要由低压缸MCL607、高压缸2MCL607、冷却器、汽轮机及润滑油站等组成，由沈阳鼓风机(集团)有限公司(以下简称沈鼓集团)成套生产，原动机为杭州汽轮机股份有限公司生产的汽轮机。汽轮机与压缩机之间用膜片联轴器联接。

该氨压缩机组已运行了几年，在最易发生喘振的夏季[1]及最大负荷运行条件下，高压缸和低压缸运行点均在防喘振线附近，防喘振阀开度都在30%左右，导致防喘振阀回流量大(初步计算大约40%的压缩气体都用于打回流)，中压蒸汽用量在23 t/h左右，系统负压最大为-5 kPa(远小于设计值-37 kPa)。从长期运行情况看，氨压缩机组抽负压能力不够，制冷效果不理想，且能耗较高。

1 问题分析

压缩机组设计气动性能参数见表1。

表1 压缩机组设计气动性能参数

经过几年长周期运行，统计压缩机组在夏季最高负荷下的实际运行参数，见表2。

表2 压缩机组实际气动性能参数

目前，压缩机组低压缸和高压缸运行点均在防喘振线附近，防喘振阀开度都在30%左右，机组抽负压能力不够，当转速在8 300 r/min时，进口负压只有-5 kPa左右。通过对比设计和实际运行工况参数，并分析现场气路界面及防喘振界面的各气动参数，发现存在以下问题：①现场进口条件与设计进口条件偏差较大；②现场气体组分与设计气体组分存在偏差。上述两种因素导致现场实际喘振线与设计喘振线偏差较大，故必须在现场对压缩机组进行性能测试，准确标定压缩机喘振线，修改防喘振线，尽可能地关小防喘振阀，以减少压缩机的回流量，提高氨压缩机的抽负压能力，增加液氨的蒸发气量，确保压缩机高效节能安全稳定运行。

2 压缩机喘振线的测试

2.1 测试条件

(1)测试过程可能会造成工艺波动，对后续工艺流程产生影响，因此需在不影响工艺流程的情况下进行性能测试。

(2)机组稳定运行，各参数正常，各联锁投入正常。

(3)测试通过防喘振阀、工艺管线调节阀实施，具体操作还需进一步与操作人员沟通。

(4)在整个测试过程中，要求工作转速固定在日常生产范围内。

(5)防喘振阀、压缩机上位机采集信息的所有仪器、仪表需确保能够正常运行。

(6)办理好相关联锁摘除手续。

(7)原有防喘振线控制屏蔽具体要求由沈鼓集团提供，沈鼓自控公司负责程序屏蔽工作。

2.2 试验方法

试验按ASME PTC-10：1997标准方法进行，即以真实气体的气动性能试验，测试以额定转速的100%、90%、80%为下喘振点。测量参数主要包括进出口压力、进出口温度、流量、流量上游压力、流量上游温度及转速等，气体温度采用铂电阻测量，压力采用现场压力变送器测量，流量采用现场流量装置并在中控室有流量差压显示。

2.2.1 试验前调节

(1)转速调节到额定转速。

(2)确保压缩机的进口压力恒定，达到设计状态。

(3)通过防喘振阀和系统出口阀调节压缩机出口压力。

(4)通过逐渐调小防喘振阀和系统出口阀，确认机组实际喘振线。

2.2.2 试验步骤

(1)压缩机转速调试到额定转速，通过逐渐调节防喘振阀和系统出口阀，接近喘振工况，实测喘振点，以达到实测目的，确定喘振的稳定准确控制。

(2)根据调节工况点记录数据进行换算。

(3)用同样的方法确定设计转速90%、80%的喘振点。

(4)确认最终喘振点，进行数据处理。

(5)根据实测压缩机组喘振点对压缩机控制系统的控制程序进行修正。

(6)按照机组的运行条件进行模拟试验。

喘振点的判断[2-4]：①确认防喘阀的实际位置与反馈是否一致；②压缩机入口和出口是否发出周期性高、低的声音；③观察压缩机入口压力和进口流量值是否出现周期性、大幅度波动；④观察压缩机出口压力值，当第1次监测到压力显示有降低时，认为机组发生喘振；⑤观察机组振动检测界面，如果振幅信号有微小的突变，表示机组可能开始喘振；⑥当上述②③④⑤中任意一条显示出机组将发生喘振时，迅速拷屏主界面，然后立即按下紧急按钮，快速打开防喘振阀。

3 防喘振线的修改

3.1 喘振前机组情况

喘振试验前，高、低压缸的运行点均在防喘振线附近，2个防喘振阀开度分别在27.0%和32.3%。高、低压缸防喘振界面截图示意见图1。

图1 高、低压缸防喘振界面截图示意

3.2 试验过程及喘振现象

按照试验步骤，机组分别在转速8 348 r/min和8 201 r/min的情况下进行了2次喘振试验。首先在转速为8 348 r/min情况下，通过缓慢关闭高、低压缸的防喘振阀，机组回流流量变小；当高、低压缸防喘振阀全部关闭时，机组尚未发生喘振；继续关高压缸出口手动调节阀，阀门开度关小到10%左右，机组还未发生喘振。由于无法测出机组的理想喘振点，故只能将测出的真实点给出一定裕度[1]，结合以前的运行情况将运行点作为8 348 r/min转速下的喘振点，然后机组恢复到原来的运行状态并降低转速。在转速为8 201 r/min时，缓慢关小高、低压缸防喘振阀，在2个防喘振阀全部关闭时，机组发生了喘振现象，迅速打开喘振阀退出喘振区。气体流量和轴系振动变化的历史趋势截图示意分别见图2和图3。

图2 气体流量历史趋势截图示意

图3 轴系振动变化历史趋势截图示意

由图2、图3可以看出：喘振发生时，高、低压缸流量计差压发生急剧变化，高、低压缸振动明显升高。

3.3 实测喘振点数据处理

按照上述测试步骤，可以得到实际转速为8 348 r/min和8 201 r/min时的喘振点数据，分别见表3和表4。

3.4 防喘振线的修改

低、高压缸喘振线修改结果分别见图4和图5。

表3 转速为8 348 r/min时的喘振点数据

图4 低压缸喘振线修改结果

图5 高压缸喘振线修改结果

对修改后的防喘振程序进行模拟，确认其功能的完整性和准确性。

4 喘振线修改后的使用效果

2016年6月28日，通过装置停车前对喘振线进行重新标定和改造，并对喘振裕度设置方法进行调整。调整前，喘振裕度只能固定在8%；调整后，喘振裕度可在5%～8%之间修正。此次改造后，选择喘振裕度在7%机组开车运行，运行一段时间后，喘振裕度调整为6%一直稳定运行至今。经改造，压缩机喘振阀开度已在10%以内，压缩机蒸汽消耗量明显下降，且制冷效果还略有提升；由于喘振阀开度变小，现场噪声明显改善。比较试验前2016年5月26日7:45和试验后2018年4月17日9:45的运行数据，结果见表5。

表5 试验前、后数据比对

5 结语

该氨压缩机机组于2016年6月28日进行了现场喘振试验，测试出机组真实喘振点，重新标定了喘振线。在满负荷工况下，将喘振阀开度从30%降至10%，蒸汽用量从平均21.9 t/h降至17.3 t/h，达到了预期的节能降耗的目的。

但仍存在以下问题：①机组性能与实际需求不匹配，喘振阀还有一定的开度。目前控制系统已调到极限，如果进一步进行节能，需要更换匹配的机组转子。②目前机组的控制方式只是基于PI算法的传统控制方法，还没有从具体的设备控制转变为对整套装置的综合控制[7-8]，将来进一步引入先进控制策略，可实现“无人值守”的智能控制[9]。