离心式氨压缩机性能曲线的修正

董华林，娄伦武

(1.贵州赤天化桐梓化工有限责任公司 贵州桐梓 563200； 2.贵州西洋实业有限公司 贵州息烽 551107)

1 氨压缩机配套装置运行情况

贵州赤天化桐梓化工有限公司300 kt/a合成氨装置配套的离心式氨压缩机组由低压缸MCL525和高压缸3MCL528组成，采用双出轴结构(一端与汽轮机连接，另一端与高压缸连接)，一拖二方式运转。氨压缩机一段入口实际流量约为14 509 m3/h(标态)，而设计值为17 106 m3/h(标态)，其一段防喘振阀的开度约为54%，氨压缩机一段制冷富裕度过大而导致蒸汽耗量增加。由于负荷变化，氨压缩机在调节过程中防喘振控制点十分接近防喘振曲线，导致操作区间变小，影响机组的安全稳定运行，同时因机组做了大量的无用功，负荷居高不下，蒸汽消耗增加。

2 氨压缩机组运行过程中存在的问题

在保证氨压缩机一段入口防喘振阀裕度为8.9%的情况下，一段入口流量应>14 509 m3/h(标态)。如果氨压缩机一段入口流量减少，防喘振工作点就会移动至防喘振线上，此时工况稍有波动，防喘振工作点就会进入防喘区域，导致防喘振阀全开，不利于机组的稳定运行。

为了保证氨压缩机的稳定运行，就必须保持较高的一段入口流量。由于低温甲醇洗工段4台氨冷器制冷气氨量只有14 509 m3/h(标态)左右，其余2 597 m3/h(标态)气氨只能通过一段防喘振阀补充，当蒸汽压力为4.0 MPa时，蒸汽消耗量约22.71 t/h。理论计算表明，氨压缩机在85%的负荷条件下即可满足低温甲醇洗工段4台氨冷器的用氨量，而实际氨压缩机负荷基本上在100%左右，浪费蒸汽约2 t/h。

3 原因分析

(1)通过分析论证，发现仪表测量的确存在误差，但工艺指标的总体趋势是正确的。

(2)通过分析论证，发现氨压缩机防喘振工作点接近防喘振线时，机组的实际运行状态并未达到喘振工况。该氨压缩机组控制系统采用ITCC控制技术，具有以下特点：①ITCC控制系统采用先进的防喘振控制技术，可以精确检测出压缩机的工作点并将工作点尽可能靠近控制线，从而在保证压缩机安全的情况下，减少蒸汽消耗量；②喘振控制器可以选择自动、半自动、全手动3种工作模式，正常情况下一般投用半自动模式，工作点移向喘振区时，防喘振阀将打开；③压缩机出现喘振或联锁停车，防喘振阀快速全开，从而保证压缩机组的安全。从ITCC控制技术在国内外化工领域的应用来看，该技术十分成熟可靠，不是引起氨压缩机一段防喘振阀开度大的原因[1]。因此，初步判断导致氨压缩机一段防喘振阀开度大的原因是防喘振曲线的设定存在偏差。

(3)查阅工艺设计文件时，发现变换工段的变换气设计值为147 762 m3/h(标态)，而低温甲醇洗工段进气量为155 246 m3/h(标态)，即低温甲醇洗工段是按5%的富余量进行设计的。根据低温甲醇洗工段的数据对4台氨冷器进行热负荷核算，其总蒸发量为14 913 m3/h(标态)，而氨压缩机一段入口流量设计值为17 106 m3/h(标态)。

综上所述，氨压缩机的防喘振性能曲线是根据理论数据设置，与实际工艺指标存在一定的偏差，导致氨压缩机防喘振性能曲线不能满足其降负荷运行的要求。

4 性能曲线修正试验

根据实际运行数据和理论数据计算得知，理论上可以将氨压缩机喘振线向左移动，以增大其运行空间[2]。在试验过程中，通过观察进口流量值判断其是否发生喘振，当动态压差超过稳定状态的20%而没有其他指示时，可以认为氨压缩机发生喘振。同时，为了更直接地观察喘振初期的现象，在氨压缩机出口管路安装1只精密压力表，当精密压力表指针回摆压力下降时，可以认为氨压缩机发生了喘振初期现象[3]，此时应快速将防喘振阀全开，消除喘振现象，并记录下喘振压差等试验参数[4]。

在氨压缩机性能曲线修正试验中，分别平移氨压缩机一段防喘振曲线中的部分区域，以确定氨压缩机性能曲线的最佳修正数据。

在进行氨压缩机性能曲线修正试验时，保证氨压缩机在80%以上的稳定负荷进行实测。中控操作：①将一段防喘振返回阀从半自动调至手动，记录实测前的数据。②缓慢关闭一段防喘振返回阀，关闭阀位的5%记录1次数据，保持运行5 min。在关小防喘振返回阀时，密切关注氨压缩机各点振动、位移测点是否有变化。从S8000振动检测系统和ITCC界面观察氨压缩机非驱动端和驱动端振动图谱和趋势、轴向位移的振动图谱和趋势，振幅信号有微小的突变表示氨压缩机可能开始出现喘振，中控应快速打开一段防喘振返回阀并记录此时的数据。③如果一段防喘振返回阀完全关闭后机组仍然未出现喘振，则降低负荷并按上述操作步骤再次进行实测。④如果在关闭一段防喘振返回阀时机组发生喘振，应立即开大防喘振返回阀进行调整；若调整无法使喘振消除，操作人员应立即按紧急停车进行处理；如果紧急停车出现问题无法实现停车，应立即通知现场人员打闸停车，同时记录喘振时的数据。⑤停车后转子转速降为零，立即启动电动盘车，认真检查干气密封和油系统的运行情况。

现场操作：①监视氨压缩机出口精密压力表指针是否有变化；②监听压缩机高、低压缸是否有异常声响。

5 试验结果

氨压缩机性能曲线修正前后数据对比如表1所示。

根据氨压缩机生产企业提供的理论公式和试验数据，重新计算出接近实际喘振区域的喘振线坐标，对ITCC原有的防喘曲线进行了修正，修正前、后氨压缩机防喘振性能曲线如图1和图2所示。

表1 氨压缩机性能曲线修正前后数据对比

图1 修正前氨压缩机防喘振性能曲线

图2 修正后氨压缩机防喘振性能曲线

从氨压缩机性能曲线修正试验结果可以看出，修正后的氨压缩机防喘振性能曲线明显向横坐标左端移动，使氨压缩机获得更大的工作区间，在相同工况下，防喘振阀开度明显减小，回流量减少，氨压缩机负荷降低。即在氨压缩机进口流量为13 420 m3/h(标态)情况下，氨压缩机防喘阀可以全关，蒸汽消耗量为18.52 t/h左右，比修正前减少了4.19 t/h，年可节约生产成本450万元。同时，氨压缩机一段工作控制点远离防喘区域，机组运行区间大幅提高，运行更加平稳，有利于实现设备的长周期稳定运行。