压缩机防喘振裕度调整

李 凯大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司 内蒙古多伦 027300

压缩机防喘振裕度调整

李 凯
大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司 内蒙古多伦 027300

总结了丙烯压缩机运行过程中蒸汽消耗居高不下的原因，通过对各级防喘振裕度的逐一修改，经高负荷运行测试，各项指标运行平稳并接近于设计值，降低了蒸汽消耗。

丙烯制冷;压缩机;防喘振裕度;节能降耗

一、装置概述

大唐多伦煤化工项目是国内煤化工产业烯烃类（MTP）示范性项目，以褐煤为原料，年产46万吨聚丙烯，同时副产LPG、汽油、硫磺等产品。位于净化分厂的丙烯制冷装置作为整个多伦煤化工装置的“心脏”，通过丙烯压缩机将气态丙烯压缩经冷却、节流,向低温甲醇洗、MTP提供温度等级为4℃、-44℃两个温度等级的液体丙烯。如果丙烯制冷系统停运，将无法外送液态丙烯，低温甲醇洗无法维持甲醇低温温度导致出口合成气中H2S超标，甲醇合成催化剂中毒，气化产出的合成气被迫在甲醇反应器前放空; 同时MTP的20多台丙烯换热器也无法获得冷量，无法纯度合格的丙烯产品，最终导致整个多伦煤化工生产链被迫停运。保证丙烯制冷装置长期稳定运行，对多伦煤化工装置有极其重要的意义。

丙烯压缩机C76001为德国西门子公司生产，额定输出40871KW，正常转速为3266RPM，由压力8.7Mpa、温度535℃的高压过热蒸汽透平机驱动，采用3段 6级离心压缩机，每段均设有防喘振线，确保送往各段和回到相应的气液分离罐的最小流量。

二、能耗高原因分析

机组于2010年试车后运行，随着装置整体生产负荷的提升，压缩机蒸汽消耗逐渐超过原始设计的123t/h，在夏季达到最高的157t/h，蒸汽消耗严重过量，制约公司满负荷运行。蒸汽消耗的主要原因有以下两点：

(1)丙烯压缩机出口换热器E76001ABCD四台水冷管束堵塞，原设计水量为8262M3/h，至2015年降低至3000M3/ h左右，导致换热能力下降，无法完全冷凝气态丙烯，压缩机出口温度压力增高，外送丙烯冷量不足，各丙烯换热器用户只能通过提高用量达到换热效果，致使压缩机负荷增加，能耗上升。

(2)各级防喘振开度偏大，致使大部分出口气体回流至压缩机各级入口，增加压缩机额外负荷，造成蒸汽消耗过大。

公司利用停车检修压缩机出口换热器E76001ABCD管束进行了清洗，清洗后水量接近于设计值，解决了换热器循环水量不足的问题；同时组织相关人员对神华宁煤的丙烯压缩机进行了考察（两台压缩机均为西门子生产运行参数条件基本相同），根据考察结果表明在相似工艺参数情况下，两台压缩机有以下明显不同：

⑴运行参数差异：宁煤压缩机运行参数接近设计值，而我公司蒸汽消耗大。

⑵防喘振阀开度的差异:宁煤压缩机满负荷运行三级防喘振调节阀全部关闭，而我公司压缩机各级防喘振调节阀全部有开度。宁煤压缩机转速在3050RPM时，一、二、三级防喘振阀全部关闭，我公司丙烯压缩机在3094RPM时，一级防喘振阀开度13%、二级防喘振阀开度16%、三级防喘振阀开度25%；

⑶防喘振控制裕度的差异：宁煤压缩机防喘振裕度6%，我公司丙烯压缩机防喘振裕度10%。

可见防喘振裕度偏大是导致蒸汽消耗的主要因素之一。防喘裕度是指在一定工作转速下，正常工作流量与该转速下喘振流量之比值，一般正常工作流量应比喘振流量大1.05 ～1.3倍。裕度太大，虽然不易喘振，但压力下降很多，浪费很大，经济性下降。

三、裕度修改依据

(1)在丙烯压缩机运行过程中，压缩机转速与一级入口压力串级控制，当入口压力升高机组逐渐升速，反之入口压力降低机组降速。正常控制一级设定为105Kpa，对应压缩机一级入口温度-44℃。在夏季高负荷运行中多次发生过因机组负荷升高，调速器全开蒸汽达到最大流量后仍无法维持吸入口压力，压缩机入口压力快速上涨、出口压力快速下降，压缩比减小导致一、二级防喘振全开，工况恶化无法维持后工段生产的情况。由于无法手动关小防喘振调节阀，工艺人员被迫手动关小三级防喘振阀前后手阀，通过限量来减小机组负荷。逐步恢复压缩机转速，扩大压缩比使一、二级防喘振阀恢复可控。在多次手动关小三级防喘振阀前后手阀限量后，虽然三级防喘振控制点落入基线以内，但机组并未发生一次实际喘振，各段振动位移均在正常指标范围。

(2)二级防喘振在调试过程中仅做过一次喘振调试，防喘振基线并未像一、三级通过多次实测得出，其曲线并不准确，二级流量在运行过程中长期高于设计值的20%以上（设计为4万NM3/ h，运行时保持在5万NM3/ h以上），表明该段防喘振阀开度一直偏大。

(3)宁煤压缩机在6%防喘振裕度下常年运行并未发生过喘振。

基于以上事实，公司决定对现有防喘振曲线进行优化，在不改变喘振基线的前提下，逐渐减小各段防喘振裕度至6%，减小各级防喘振阀开度，降低压缩机负荷，减少蒸汽消耗，解决制约高负荷运行的瓶颈问题。

四、防喘振控制方式及防喘振曲线介绍

西门子压缩机防喘振阀控制阀为高选控制，防喘振开度的三个选择块分别为：PLC中的计算值、DCS中的手动输出值、PLC中的手动输出值。在实际控制中，当操作人员逐渐减小DCS中的手动输出值和PLC中的手动输出值,直至上述两值均小于PLC中的计算值时，防喘振阀将会进入自动控制，阀门开度仅受控于PLC中的计算值，控制点将无限接近于控制线（防喘振偏差接近于0%），防喘振阀达到在该裕度下最小开度，机组达到最经济运行状态。

丙烯压缩机一级防喘振阀门控制图如下：

机组的喘振曲线图上的三条曲线，分别为基准线、控制线、以及安全线。

图中最左侧虚线为基线（base line），是由机组在试车阶段所做的喘振实验实测数据绘制得出，机组运行当中如果实际控制点落在基线或者超过基线，机组将会发生喘振，会对机组带来损伤降低其使用寿命。

最右侧为控制线（control line），是机组运行中实际控制点理想运行轨迹，也是控制点的设定值，控制线是以基线上的5个基准点按公式计算得出控制线上的五个点，将这5个点连起来就形成了控制线。

中间曲线为安全线（safe line），是以控制线为基准按公式计算得出安全线，安全线介于控制线和基线之间，安全线范围是以控制线为基准向左平移2%-10%，也称为防喘振线，当实际控制点落在安全线上时防喘振阀会全开。

五、裕度修改步骤

防喘振裕度修改共分为三步，首先找出曲线计算公式对现有曲线进行验证和模拟实验；然后压缩机启动后空负荷运行不向外界区提供冷量，保持自身循环在此基础上进行裕度修改；最后逐渐带负荷运行检验修改值是否合适。

(1)公司根据原有压缩机防喘振调试测试记录和西门子提供的设计数据对现有防喘振曲线进行了验算，以确保现有防喘振曲线的正确性。同时找出了基线、控制线、安全线的计算方法。

基线的计算为：各段防喘振曲线的Y轴都是压比（入口吸入压力PS/出口压力PD），一段的X轴参数为SQR(DP/ PS),其中DP（为入口流量的差压值），二段与三段的一样，为m*sqr(Ts’)/ps，其中m（流量）, Ts’（入口温度）为计算得来的值。

控制线的计算：控制线的坐标值=基准线坐标值+防喘振的温度修正值+入口导叶的设定值+喘振裕度+设定的偏移量，程序设定中防喘振的温度修正值、入口导叶的设定值、设定的偏移量值都是零。所以控制线的坐标值=基准线+喘振裕度。在基线的基础上Y轴保持不变，X轴向右移动10%（喘振裕度）得到的就是控制线。

安全线的计算：根据控制线得到安全线，机组的安全线（裕度为10时）计算方式简化后为： X安全=X控制-MIN(100，MAX(X控制,20)*0.1，当X轴的数据小于20时，安全线为控制线向左移2%，大于20时，安全线为控制线-控制线*0.1，根据公式可知安全线的设定最小为控制线左边2%，最大为控制线的左边10%与基准线重合。

根据基线、安全线、控制线的计算公式，仪控人员进行了裕度的修改进行呢模拟测试。测试修改后PLC程序中的防喘振参数与理论验算的结果是否一致，也测试了喘振曲线修改后与理论计算的曲线是否一致。模拟测试得出调整各级防喘振裕度至6%后，基线保持不变，安全线和控制线整体向左移动4%，与理论计算结果一致。为了保障机组运行安全，将裕度修改值输入对话框增加了限制功能，只能输入在6-10之间的数字，以防止出现人为误操作。

(2)模拟测试结束后，压缩机启动空负荷运行，维持丙烯压缩机工艺条件稳定，工艺人员逐步将防喘振控制器防喘振关小，将其切至控制器自动控制，待压缩机各工艺参数稳定后，开始修改防喘振裕度。首先修改三级喘振曲线，裕度调整每次以1%为单位，一二级喘振曲线裕度保持10%不变，直至三级喘振曲线裕度到6%;再每次以1%为单位调整二级喘振曲线裕度，直至二级喘振曲线裕度到6%，最后调整一级防喘振裕度直至一级喘振曲线裕度到6%。每做1%调整后均手动减小各级防喘振阀开度，将其切至自动控制，稳定运行后再做调整。

经过两天的调试，一、二、三级防喘振裕度均由原有的10%修改至6%。

(3)上下游工段开车后，开始逐渐外送-44℃、4℃两个温度等级液态丙烯，制冷系统带负荷运行，各级防喘振阀调整后始终保持自动制状态。当生产负荷达到80%后，一级防喘振、二级防喘振调节阀开度降至0%，三级防喘振开度降至18%。

六、总结

调整后与调整前的明显变化有：

(1)各防喘振逐渐关小，一级、二级防喘振能够完全关闭。

(2)二级防喘振完全关闭后，二级进气量由原5.3万降低至4.1万，接近于设计的4万。

(3)蒸汽消耗明显下降，在空负荷运行情况下，蒸汽消耗由110 t/h降至102t/h。带负荷生产后蒸汽用量121t/h，远小于修改裕度前最大的157t/h。

(4)随着蒸汽用量的减小，透平排气冷凝用的空冷器风扇负荷降70%左右即可满足生产运行，也减小了因风车跳车导致压缩机停车的概率。

修改防喘振裕度后运行的两个月时间内各段温度、压力均在正常指标范围内，振动、位移亦正常指标范围内。可见防喘振裕度的修改达到了降低蒸汽消耗的预期效果，各项工艺指标也逐步接近设计参数，对机组的长期稳定运行发挥了重要作用。

Adjustment of Anti-surge Margin In Compressor

Likai, Datang Inner Mongolia Duolun Coal Chemical Industry co., LTD, Duolun city, Inner Mongolia province, 027300

This paper make conclusion for the reasons of high steam consumption in the course of propylene compressor running by specif call y modify anti～surge margins in different levels. After high load operation test, the indexes become stable and get close to the design value, which dec rease the steam consumption.

propylene refrigeration；compressor；anti-surge margin；energy-saving and cost-reducing

T

A

李凯(1982～),男，汉，内蒙古多伦煤化工，助理工程师，研究方向：离心式压缩机，气体净化。