合成氣壓縮機(jī)防喘振系統(tǒng)波動(dòng)原因分析

張建明

(大慶石化工程有限公司, 黑龍江省 大慶市 163714)

1 流程概述

凈化后的合成氣經(jīng)過合成氣壓縮機(jī)入口分離器(104-F)分離水分后進(jìn)入合成氣壓縮機(jī)(103-J)低壓缸進(jìn)行壓縮。低壓缸出口氣體依次經(jīng)過三個(gè)中間冷卻器(136-C、116-C、129-C)的管側(cè)，分別被去甲烷化的工藝氣、冷卻水和氨冷凍劑冷卻。從129-C出來的氣體被冷卻到10 ℃，然后，進(jìn)入段間高壓缸入口分離器(105-F)將冷凝下來的水分離出來。氣體從105-F出來后進(jìn)入分子篩系統(tǒng)。

分子篩系統(tǒng)中109-DA/DB采用并聯(lián)操作，運(yùn)行周期為48 h。在一臺(tái)運(yùn)行時(shí)，另一臺(tái)用20.5 h再生、3.5 h冷卻降溫備用。

從109-D出來的合成氣被引到103-J的二段吸入口，合成氣在103-J的高壓缸被壓縮，壓力提高到13.021 MPa；然后在缸內(nèi)最后一級(jí)葉輪入口與來自換熱器120-C的低溫循環(huán)氣混合，被繼續(xù)壓縮到14.101 MPa，再經(jīng)169-F分離油液后送往合成塔。

169-F的下游，設(shè)有冷卻水換熱器(134-C)，作用是冷卻返回103-J循環(huán)高壓缸和循環(huán)缸的防喘振循環(huán)氣。防喘振循環(huán)氣被冷卻水冷卻后，經(jīng)過循環(huán)氣調(diào)節(jié)閥FV-8和FV-15，再回到103-J循環(huán)高壓缸，完成整個(gè)循環(huán)。103-J高壓循環(huán)段防喘振裝置由FRC-15控制調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)。

防喘振的控制方式，設(shè)置有自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)三種方式。自動(dòng)方式下，喘振控制輸出為自動(dòng)控制輸出。在手動(dòng)方式下，輸出閥位由操作人員手動(dòng)輸出。半自動(dòng)狀態(tài)下，手動(dòng)控制值與喘振控制輸出值選高值輸出。

2 波動(dòng)現(xiàn)象

2019年8月16日04:12，合成裝置103-J防喘閥FRC7出現(xiàn)波動(dòng)前的相關(guān)參數(shù)如下：

負(fù)荷99%，PRC4壓力 2.29 MPa，103J轉(zhuǎn)速10 285 r/min，PRC25壓力4.06 MPa， FRC7、 FRC8和FRC15閥位都是0, 流量(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)， 下同)分別為159.7 km3/h、 146.8 km3/h和613.8 km3/h, 低壓缸出口壓力PR1032指示為6.23 MPa。

04:14:57，F(xiàn)RC7流量先開始波動(dòng)，由161.5 km3/h上升到171.7 km3/h， 04:15:00又上升到196.3 km3/h，現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)FRC-7閥門未開。

04:15:01，F(xiàn)RC8流量從正常值146.8 km3/h下降到130.2 km3/h。

04:15:04，F(xiàn)RC8閥位從0開到41%(用時(shí)3 s)。

04:15:04，F(xiàn)RC7流量從189.1 km3/h下降到174.0 km3/h，與此同時(shí)FRC7閥門開啟，至04:15:11閥位開到71%。

04:15:08，F(xiàn)RC8流量上升到167.1 km3/h，閥門開度開始自動(dòng)減小，至04:16:48，完全關(guān)閉，用時(shí)100 s。

04:15:11， FRC7流量從174.0 km3/h上漲到185.1 km3/h， 閥門開度開始自動(dòng)減小， 至04:17:08完全關(guān)閉。

波動(dòng)趨勢(shì)如圖1所示。

圖1 波動(dòng)趨勢(shì)

3 FRC7和FRV8打開原因分析

對(duì)比趨勢(shì)圖及相關(guān)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：

1) 4:14:57， AFIA7(103-J一段出口流量)最先上漲，隨后API 1032(103-J低壓缸出口壓力)及AFIA8(103-J高壓缸入口流量控制)同時(shí)下降。

2) RFV8(FRC8閥位)4:15:02從0%瞬間開到24.87%；4:15:03，又從24.87%瞬間開到41.78%。

3) RFV7(FRC7閥位)4:15:05從0%瞬間開到13.39%；4:15:06，又從13.39%瞬間開到22.07%；4:15:09，從22.07%瞬間開到44.6%；4:15:011，又從44.6%瞬間開到71.39%。

3.1 FRC8(103-J高壓缸入口流量控制)打開原因

FRC8波動(dòng)趨勢(shì)見圖2。FRC8波動(dòng)數(shù)據(jù)見表1。

從圖2和表1可以看出：4:15:01， FRC8的工作點(diǎn)的坐標(biāo)為(56.24，2.26)，位置在防喘線的右下方，但是已經(jīng)非常接近防喘線；4:15:02 FRC8的工作點(diǎn)的坐標(biāo)為(50.36，2.31)，此時(shí)的位置已經(jīng)移動(dòng)到防喘線的左上方，進(jìn)入防喘線內(nèi)，F(xiàn)RC8瞬間開到24.87%；至4:15:07 該閥位已開到41.29%，此時(shí)FRC8工作點(diǎn)坐標(biāo)為(77.7，2.25)，已經(jīng)移出防喘區(qū)進(jìn)入防喘線右下方，F(xiàn)RC8開始自動(dòng)關(guān)閥。同時(shí)，由于工作點(diǎn)未進(jìn)入喘振線左側(cè)，所有喘振計(jì)數(shù)顯示為0。

圖2 FRC8波動(dòng)趨勢(shì)

表1 FRC8波動(dòng)數(shù)據(jù)表

3.2 FRC7(103-J低壓缸壓缸入口流量控制)打開原因

FRC7波動(dòng)趨勢(shì)見圖3。FRC7波動(dòng)數(shù)據(jù)見表2。

從圖3和表2可以看出：FRC7流量從4:14:57時(shí)的151.5 km3/h開始上升，至4:15:02達(dá)到192.97 km3/h，在4:15:03下降到189.16 km3/h，又在4:15:05下降到174.69 km3/h，工作點(diǎn)迅速向左移動(dòng)。由于盤旋點(diǎn)移動(dòng)較慢，造成工作點(diǎn)與盤旋點(diǎn)距離過近，觸發(fā)防喘閥FRC7自動(dòng)打開。其后FRC7閥位自動(dòng)打開時(shí)，均為工作點(diǎn)與盤旋點(diǎn)距離過近造成的。同時(shí)，由于工作點(diǎn)未進(jìn)入喘振線左側(cè)，所有喘振計(jì)數(shù)顯示為0。

4 波動(dòng)原因

通過上述分析可以看出，從4:14:57開始，AFIA7(103-J一段出口流量控制)流量上升，F(xiàn)R40(入103-J新鮮氣量)上漲，同時(shí)FIA8(103-J高壓缸入口流量控制)及API 1032(103-J低壓缸出口壓力)下降。

圖3 FRC7波動(dòng)趨勢(shì)

表2 FRC7波動(dòng)數(shù)據(jù)表

2019年8月13日負(fù)荷為98.84%，當(dāng)天API 1032為6.01 MPa，8月16日4:14:57波動(dòng)開始時(shí)，API 1032為6.29 MPa，盡管該值低于105-F安全閥起跳壓力7MPa(回跳壓力6.6 MPa)， 但是考慮原來一直有漏量， 所以懷疑105-F出口安全閥在壓力較高時(shí)(即6.29 MPa時(shí))起跳。從FR40的上漲時(shí)間來看， 安全閥從開啟到關(guān)閉歷時(shí)7 s。

8月29日，將懷疑起跳的105-F出口安全閥拆下送至乙烯安全閥維修班進(jìn)行維修，在維修前打壓時(shí)，安全閥在壓力達(dá)到6.3 MPa時(shí)起跳(正常整定起跳值7 MPa)。而8月16日，API 1032(記錄的最高壓力為6.29 MPa，由此可以判斷，此安全閥在當(dāng)日起跳。

5 結(jié)束語

通過對(duì)合成氣壓縮機(jī)防喘系統(tǒng)波動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)分析，找出了引起機(jī)組喘振系統(tǒng)波動(dòng)的根本原因。將上述分析結(jié)論應(yīng)用于日常操作，可在系統(tǒng)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)及時(shí)做出判斷，避免造成生產(chǎn)事故，保證合成氨裝置的長周期運(yùn)行。