氢气压缩机电气控制优化在氯碱生产中的应用

摘要：科技的进步，促进工业建设得到快速发展。氯碱工业中，氢气压缩机主要作用是对来自电解工序的高温湿氢气进行冷却、净化、加压输送并保持氢气系统压力稳定，保证电解槽安全、平稳运行。能否做到这一点，氢气压缩机稳定运行是关键。本文就氢气压缩机电气控制优化在氯碱生产中的应用展开探讨。

关键词：氢气压缩机;控制原理;问题分析

引言

氯碱生产中，氢气处理工序的主要任务是对来自于电解工序的高温湿氢气进行冷却、净化、加压输送，并保持氢气系统压力稳定，保证电解槽安全、平稳运行。能否做到这一点，氢气压缩机的选型是关键。

1现状分析

焦作煤业（集团）开元化工有限责任公司是以生产离子膜烧碱和三氯氢硅为主的新型化工企业，所拥有的20万吨/年离子膜法烧碱装置于2011年8月建成投产，在整个烧碱生产过程中，氢气压缩机发挥着不可忽视的重要作用。开元化工氯氢处理工序共有3台氢气压缩机，2开1备运行，此3台氢气压缩机的电力驱动主要设备均为施耐德公司生产的ATS48C系列软启动器，控制方式为DCS远程控制与现场操作柱就地操作2种控制方式组成。现场操作柱就地操作控制可实现设备的启动与停止，DCS远程控制只允许远程停止，不允许远程启动设备，这是由工艺性质决定的。在实际使用过程中，原控制回路存在一定的缺陷，导致多次停车事故，继而引发氯氢处理工序联锁停车事故，下面就原控制回路存在的问题及改进方案进行简单的介绍。

2氢气压缩机整体描述

氢气压缩机采用D型对称平衡性结构，两列一级压缩，气缸均为双作用，无油润滑结构设计，无油润滑操作运行。整机结构合理，布局紧凑，动力平衡性能优异，运转平稳可靠，振动小、噪声低。机组密封性能良好，易损件寿命长。驱动电机为隔爆型异步电机，电机轴通胀套联轴器与压缩机曲轴相连。机组备有完善的安全保护和联锁装置，确保压缩机的长周期安全运转。当压缩机处于危险工况时，能自动发出声光报警及自动停机。机组设有进气缓冲器、冷却器及润滑系统等辅助设备。

3氢气压缩机电气控制原理

当主回路电源开关QF处于送电状态时，控制电源L2和N得电后，软启动器ATS48C控制面板显示正常状态RDY时，说明软启动器处于正常启动准备状态。按下启动按钮SB2启动时，控制回路中中间继电器线圈KA1得电，通过中间继电器KA1中一组自保持节点KA1闭合并自保，中间继电器KA1长期得电，同时中间继电器KA1另一组辅助触点闭合，驱动主接触器线圈KM得电，主接触器KM主回路吸合，软启动器得电，同时通过主接触器延时辅助触点KM接通，软启动器开始启动;当软启动电流下降至正常运行电流时，启动旁路接触器KM1，切至旁路运行，启动结束。另外通过Ma+和Ma-将电流信号传至DCS，通过主接触器辅助触点KM（线号：23、24）将电机的运行信号传至DCS。在DCS控制系统中（工艺联锁条件之一），原DCS采集信号为主接触器KM辅助触点（线号：23、24）作为DCS判定氢气压缩机是否正常运行的依据。

4压缩机性能描述

（1）性能保证。压缩机轴功率偏差≤+3%;压缩机排量无负偏差;机组噪声按GB/T4980—2003标准测量≤85dB（声压级）。机身振动烈度符合GB/T7777—2003标准，压缩机机械振动速度有效值≤4.5mm/s。（2）寿命保证。压缩机在现场环境条件及规定操作条件下，整机使用寿命≥20a。

5存在的问题及改进方案

5.1氢压机气水分离器水串进后冷和水雾捕集器

正常运行时，氢气后冷却器冷凝液和水雾捕集器捕集下来的冷凝液通过管线排放到指定氢压机，给氢压机气水分离器补水（气水分离器水分消耗主要为氢气压缩输送过程中氢气带走量），运行方式为将氢气后冷却器和水雾捕集器排冷凝液阀门打开，氢压机气水分离器加水旁通打开，将气水分离器液位投自动（实际运行时冷凝液量大于气水分离器耗水量），当气水分离器液位达到高限时，自动排水阀门打开排水，液位达到低限时，自动排水阀门关闭。当氢气冷凝液不能满足氢压机气水分离器用水时，就需要将氢气后冷却器和水雾捕集器下冷凝液阀门关闭，加纯水阀门打开，将气水分离器加水旁通關闭，加水调节阀投自动，当气水分离器液位达到低限时加水调节阀打开加水，当气水分离器液位达到高限时，加水调节阀关闭。存在问题：由于经常性调节及改变补水方式，导致氢气后冷却器和水雾捕集器下冷凝液阀门内漏，当采用纯水补水时，纯水通过此阀门倒串回氢气后冷却器和水雾捕集器（纯水压力>0.4MPa，氢气总管压力70kPa），导致氢气总管压力波动，甚至产生液封，造成停车。解决方法：（1）给氢气后冷却器和水雾捕集器下冷凝液阀门增加双阀控制。（2）岗位人员巡检每小时检查氢气后冷却器和水雾捕集器视镜，杜绝冷凝液积聚。（3）DCS岗位人员密切注意氢气总管压力，如遇波动及时联系现场排查，及时调整合成炉配比，避免过氯停车。

5.2针对主接触器触点的改造

2018年1月3日，氯氢处理工序1#氢气压缩机C-551A出现多次正常操作后不能启动的现象。问题发生后对机组开关柜再次进行了详细检查，发现在最初的控制原理中，主接触器辅助触点KM为动合触点，在主接触器线圈得电后，主接触器主触点及辅助触点吸合，如果主触点的动作慢于辅助触点，软启动器将会判断电源缺相而不启动，从而造成了氢气压缩机无法启动现象。针对这一点，该公司将动合触点更换成延时闭合触点，使辅助触点的动作稍慢于主触点的动作，保证在主触点完全吸合后辅助触点再动作，从而避免了类似事故的发生。

5.3氢压机本机回流自动调节阀气源管脱落

事故原因：氢压机C回流阀仪表气源管接头松动，导致气源管喷开，回流阀全开，氢气总管压力低低报警，联锁停车。防范措施：（1）仪表维修人员加强对全厂气源管的巡检力度;将氢压机气源管全部改为PO管，气源管与球阀连接方式改为快速接头;将氢气回流阀反馈杆加粗;对氢气回流阀增加锁位阀。（2）各分厂对具备检查条件（如停车或单台设备停运时）的气动阀门及时联系仪表人员对其进行检查，并要求双方确认。

5.4针对软启动保护回路触点损坏的改进

2018年7月13日，氯氢处理工序3#氢气压缩机C-551C再次出现无明显故障和无故障记录的事故停机，导致烧碱一期连锁停车，经查后发现保护回路中软启动器内部的R1A和R1C保护触点损坏，断开控制回路停车，联锁一期电解系统，从而引发系统联锁停车。经查找技术资料发现软启动器保护回路中R1A和R1C触点容量较小、长期分合造成触点损坏，断开控制回路停车，且该触点在软启动器里面，不易检测。为优化软启动器的保护回路，做了以下调整：增加2台保护器EOCR-3E420（该保护器经过该公司多年使用，性能可靠），这2台保护器线圈、常闭点采用并联的方式连接，从而增加了保护触点的可靠性。通过加装双保护既解决了软启动保护回路中R1A和R1C触点容量小的问题，同时也增加了保护触点的可靠性，避免因软启动器保护回路故障引发联锁停车事故。

结语

氢气压缩机是氢气处理岗位的重要设备，其稳定运行直接关系到系统的平稳，一旦氢气压缩机出现问题必将导致氯化氢合成过氯停车等严重事故，所以日常运行时一定要消除所有潜在隐患，保证氢气压缩机安全稳定运行。

参考文献

[1] 陈晓，秦晓钟.高性能压力容器和压力钢管用钢[M].机械工业出版社，2017.

[2] 姚凤娟.D型氢气往复式压缩机的优化设计探讨[J].化学工程与装备，2018.

[3] 孙龙彬，杜燕，高鹏飞.氢气压缩机运行中存在的问题及解决方法[J].中国氯碱，2016.

作者简介：闫利利，女，1978年，汉，河南省焦作市，本科，助理工程师，从事电气及化工仪表自动化专业