LNG工廠冷劑壓縮機(jī)運(yùn)行方案優(yōu)化經(jīng)驗

羅 斐

昆侖能源湖北黃岡液化天然氣有限公司,湖北 黃岡 438011

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LNG工廠冷劑壓縮機(jī)運(yùn)行方案優(yōu)化經(jīng)驗

羅 斐

昆侖能源湖北黃岡液化天然氣有限公司,湖北 黃岡 438011

為了研究壓縮機(jī)組開車失敗的原因及其影響因素,結(jié)合某廠3臺壓縮機(jī)組多次現(xiàn)場開車記錄,對開車方案、電力、工藝、設(shè)備、儀表等各方面現(xiàn)場情況進(jìn)行綜合對比和節(jié)點分析。在問題匯總的基礎(chǔ)上提出建議,取得了壓縮機(jī)一次開車成功的依據(jù)。研究得出，影響壓縮機(jī)組開車失敗的原因眾多,其中振動控制是關(guān)鍵。在找到溫度與振動平衡點后,合理控制溫度讓機(jī)體溫度下降、出口溫度上升,振動下降,形成良性循環(huán)。最后把握好升速時機(jī),平穩(wěn)操作,使啟機(jī)成功。

LNG;壓縮機(jī);振動;開車;情況分析

0 前言

某廠設(shè)計處理氣體量為5 000 000 m3/d,產(chǎn)量為3 408 t/d。該工程從設(shè)計工藝到設(shè)備制造全部實現(xiàn)國產(chǎn)化,是我國首個全國產(chǎn)化LNG工廠。該工程設(shè)置有3臺離心式冷劑壓縮機(jī),整套設(shè)備的正常運(yùn)行對我國大型壓縮機(jī)及其驅(qū)動裝置制造業(yè)發(fā)展具有指導(dǎo)意義和代表作用。

壓縮機(jī)組是將低壓氣體提升為高壓氣體的一種從動式流體機(jī)械[1],是整個生產(chǎn)裝置的核心設(shè)備。壓縮機(jī)組的選型、運(yùn)轉(zhuǎn)、維護(hù)直接影響到LNG工廠的生產(chǎn)。大型LNG工廠具有設(shè)備本體大、投資高、儀表設(shè)備復(fù)雜、操作精度高等特點,所以要求生產(chǎn)過程中壓縮機(jī)組得到及時維護(hù),保證平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。目前在流體機(jī)械領(lǐng)域中關(guān)于壓縮機(jī)組性能優(yōu)化、喘振控制、節(jié)能等方面的研究較活躍[2],但對于如何確保壓縮機(jī)組一次開車成功,平穩(wěn)越過臨界區(qū),最大限度減小機(jī)組負(fù)荷,保證變頻設(shè)備安全等問題,尚未見到標(biāo)準(zhǔn)化論述。本文基于某廠實際,對壓縮機(jī)組開車投運(yùn)實例進(jìn)行探討,總結(jié)出適合于LNG工廠的開車辦法[3-6]。

1 開車方案

3機(jī)組開車前要確保前端流程暢通,開工線循環(huán)正常,物料裝配完畢,系統(tǒng)干燥合格,公用工程、干氣密封、潤滑油系統(tǒng)運(yùn)行正常[6]。在系統(tǒng)濕氣置換完成,壓力達(dá)標(biāo)后,依次開啟丙烯、乙烯、甲烷壓縮機(jī),最后引入天然氣,切換為正常流程。為保證壓縮機(jī)組順利開車,應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行本開車方案。

1.1 丙烯壓縮機(jī)開車

圖1 丙烯壓縮機(jī)組升速臨界曲線

1.2 乙烯壓縮機(jī)開車

1.3 甲烷壓縮機(jī)開車

圖2 乙烯壓縮機(jī)組升速臨界曲線

圖3 甲烷壓縮機(jī)組升速臨界曲線

2 啟機(jī)失敗情況匯總

開車過程中由于三級制冷循環(huán)工藝設(shè)計影響,3機(jī)組的負(fù)荷由大到小依次為丙烯、乙烯、甲烷壓縮機(jī)。所以一次性開啟丙烯、乙烯壓縮機(jī)一直是難點。若多次反復(fù)啟機(jī),不僅浪費(fèi)冷劑,而且會損耗機(jī)體及相關(guān)設(shè)備,還加重了工作人員體力勞動,誘發(fā)不安全因素[14]。啟機(jī)失敗情況匯總見表1。

由表1可見，振動聯(lián)鎖是開車失敗的主要誘因,引起振動過高的因素眾多，現(xiàn)以乙烯壓縮機(jī)組為例針對近期啟機(jī)情況進(jìn)行問題分析。

3 問題分析

乙烯壓縮機(jī)組現(xiàn)場啟機(jī)記錄見表2。

由表2可見，振動是此次啟機(jī)失敗的主要原因,機(jī)體未全部冷透是關(guān)鍵問題。后幾次嘗試由于排淋液引起的機(jī)體局部應(yīng)力變形而導(dǎo)致機(jī)體不平衡最終導(dǎo)致一階段臨界區(qū)下滑[15-17]。最終啟機(jī)成功的突破口在于找到了溫度與振動平衡點,合理控制溫度讓機(jī)體溫度下降,出口溫度上升,振動下降,形成良性循環(huán),最后把握好升速的最佳時機(jī)使啟機(jī)成功。但多次嘗試的弊端大,不確定因素多。若能一次性開車成功不僅能有效減少變頻及其相關(guān)設(shè)備損耗,而且能節(jié)約冷劑，減少因二次啟機(jī)泄壓造成的物料泄放損失[18-19]。

表1 啟機(jī)失敗情況匯總

誘因節(jié)點分析建議事件機(jī)體發(fā)生概率/(%)振動聯(lián)鎖壓縮機(jī)入口有小液滴進(jìn)入,導(dǎo)致軸冷熱不均入口管線排凝并適當(dāng)加快升速時間乙烯壓縮機(jī)施工或長時間停機(jī)等特殊工況導(dǎo)致動平衡失效依次調(diào)整勵磁機(jī),電機(jī)配重3機(jī)組均有入口溫度壓力達(dá)到泡點以至于出液,導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)部冷熱不均合理把握各升速區(qū)間運(yùn)行時間,嚴(yán)控溫度、壓力3機(jī)組均有首次開機(jī),機(jī)體處于熱狀態(tài),機(jī)體未全部冷透,主軸未甩開首次啟機(jī)盡量冷卻機(jī)體,降低各部分振動3機(jī)組均有80電流超高聯(lián)鎖一、二段喘振閥關(guān)閉反應(yīng)過慢檢查相應(yīng)閥位,同時加強(qiáng)人員操作丙烯壓縮機(jī)5變頻器超載喘振閥收放不及時,未及時降負(fù)荷找出升速與變頻器的平衡點,合理把握升速時間點3機(jī)組均有10儀表故障振動、溫度、壓力等儀表探頭損壞加強(qiáng)巡檢3機(jī)組均有2干氣密封失效低速運(yùn)轉(zhuǎn)和不穩(wěn)定操作引起的密封件損壞避免壓縮機(jī)400r/min以下長時間低速旋轉(zhuǎn),避免低壓啟機(jī)甲烷壓縮機(jī)3

表2 乙烯壓縮機(jī)組現(xiàn)場啟機(jī)記錄

4 結(jié)論與思考

冷劑壓縮機(jī)組是LNG工程正常生產(chǎn)的核心冷量提供設(shè)備,它能否安全運(yùn)行將直接影響整個LNG工廠的生產(chǎn)。針對某廠冷劑壓縮機(jī)組試車情況提出通用指導(dǎo)性經(jīng)驗:

1)電力方面,變頻設(shè)計規(guī)定3機(jī)組單機(jī)啟機(jī)24 h內(nèi)只能嘗試3次。若負(fù)荷過大、次數(shù)過多可能導(dǎo)致變頻器模塊過熱燒毀。

2)工藝方面,若啟機(jī)失敗則需系統(tǒng)泄壓到預(yù)定值,檢查變頻設(shè)備后才可進(jìn)行下次嘗試,每次泄壓需看當(dāng)時情況，需要時間1～5 h不等。冷劑為易揮發(fā)介質(zhì),長時間及多次泄壓會浪費(fèi)大量冷劑，造成機(jī)體復(fù)熱，引起壓縮機(jī)軸部應(yīng)力變形,產(chǎn)生振動，影響下次啟機(jī)。

3)設(shè)備方面,啟機(jī)首先應(yīng)保證干氣密封正常運(yùn)行,反復(fù)啟機(jī)引起的壓縮機(jī)軸低速旋轉(zhuǎn)(400 r/min以下)或反轉(zhuǎn)會導(dǎo)致密封件受損。每次失敗泄壓會引起系統(tǒng)壓力過低導(dǎo)致干氣密封平衡管低壓報警。

4)儀表方面,注意喘振閥日常維護(hù)與檢修,防止因閥門開關(guān)不靈活而引起喘振或電流超高導(dǎo)致開車失敗。注意各測點探頭校對,防止因數(shù)據(jù)傳輸和探頭損壞而引起聯(lián)鎖停車。

結(jié)合某廠實際和自身機(jī)體經(jīng)驗規(guī)律,針對乙烯冷劑單價貴、易揮發(fā)、難回收的特點和因某廠工藝設(shè)計而導(dǎo)致乙烯壓縮機(jī)開車難的實際情況提出針對性思考:

1)針對乙烯冷劑易揮發(fā)、停車后系統(tǒng)升壓快等因素,建議采用氣相法開車,此法和傳統(tǒng)開車方法相比能在開車失敗后快速放空泄壓,同時避免乙烯揮發(fā),節(jié)約乙烯。但此方法對操作人員要求較高,存在因壓縮機(jī)各段進(jìn)氣量不足而引起喘振的風(fēng)險。

2)冷態(tài)開車時中壓乙烯吸入罐及乙烯壓縮機(jī)二級入口管線會有凝液出現(xiàn),所以啟機(jī)前應(yīng)適當(dāng)排凝,適當(dāng)延長800 r/min時運(yùn)轉(zhuǎn)時間,帶走余下凝液。

3)低壓開車,一般可以將系統(tǒng)泄壓至0.6 MPa(丙烯、乙烯壓縮機(jī)),便于啟機(jī)時負(fù)荷控制。

4)由于材料、溫度、工況等原因，壓縮機(jī)各臨界轉(zhuǎn)速會出現(xiàn)偏移,現(xiàn)已驗證乙烯壓縮機(jī)組一階段臨界轉(zhuǎn)速下滑。建議適當(dāng)調(diào)整升速,合理越過臨界區(qū)。

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2016-01-20

長江大學(xué)發(fā)展基金(2011025)；長江大學(xué)科研發(fā)展基金(0709001)

羅 斐(1989-)，男，湖南邵陽人，助理工程師，學(xué)士，主要從事LNG工廠設(shè)備管理工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.04.008