制氫站焦爐煤氣壓縮系統的完善及優化

張寶強，趙家龍，楊 兵

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司第二能源總廠，安徽馬鞍山 243000）

1 前言

為滿足煉鋼板坯切割工藝的需求，馬鋼第二能源總廠制氫站配置了2臺K S 31 L T X型螺桿壓縮機，屬容積型旋轉式壓縮機，工作原理是通過工作容積的減少來提升煤氣壓力的，根據需要，通過設定參數可將煤氣壓力提升至0.8～0.85M Pa。經過2年多的運行，由于設備設計制造等方面的缺陷，壓縮機出現不同程度的問題，影響了產品煤氣的質量。

2 制氫站壓縮系統工藝介紹

具體工藝為TSA凈化后焦爐煤氣通過入口過濾器除去焦爐煤氣中的塵埃雜質，進入壓縮機的吸氣腔進行壓縮，壓縮過程中焦爐煤氣與潤滑油混合，經壓縮后的油氣混合物被排入到壓縮機機組的油回收槽中進行冷卻，再進入油槽兩端的過濾器進行一次分離，含少量油的焦爐煤氣再依次經過煤氣冷卻器、排液分離器進入緩沖罐，通過新增的除油過濾器對煤氣中的油進行二次分離，最終將干凈煤氣送往煉鋼用戶及200#預處理工序。

3 壓縮機控制系統的完善和優化

3.1 存在問題

壓縮機PLC控制柜內部除采用了簡單的雙電源并聯輸出（非冗余設計）外，CPU及其內部通訊模塊均未采用冗余設計，CPU與觸摸屏通過D P方式連接，但在線數據的讀取及控制均未以以太網的形式連接到現場DCS控制系統中。實際操作時，壓縮機啟動、停止、緊急停機僅限在控制柜或現場機旁操作箱上完成，數據只能在觸摸屏上查詢，且趨勢曲線記錄只有15min，報警記錄的數量也有限，這給運行人員監控壓縮機運行及采集數據帶來不便。

3.2 完善、優化措施及效果

采用點對點通訊方式連接備用壓縮機，在線通過讀取P L C程序后并參考廠家提供的通訊數據表，對各個工藝測點（模擬量和開關量）與觸摸屏上數據進行比對，整理出所有測點內部地址。用H M I組態軟件（WinCC 6.0版）繪制工藝、趨勢、PID、設定值及光字牌畫面，并按工藝需求添加所需測點及趨勢曲線。

改造完成后，位于操作臺上的人機界面從PLC內部讀取所有數據，采用與觸摸屏基本相同的工作模式，完全實現了控制方式從控制盤移植到中控室D C S系統。現在，運行人員只需把畫面切換至壓縮機畫面，就能對壓縮機的運行狀況進行監控，數據采集也很方便，曲線及報警信息的記錄時間可以保存3個月或更長時間。

42#螺桿壓縮機液壓系統內漏的分析及處理

4.1 存在問題

2#機組自投運以來，控制油液位持續下降，根據壓縮機在2007年10月和11月40多天的數據分析，壓縮機每運行24h平均漏油8L左右。據不完全統計，補充控制油約700多升。

4.2 原因分析

現場無油泄漏的痕跡，根據油回收槽液位的數據統計，初步判斷2#機控制油可能泄漏至氣缸，與潤滑油、煤氣形成的混合物一起回到油回收槽。通過試驗表明，控制油泄漏主要發生在1級、2級滑閥動作幅度比較大的情況。后經解體檢測，發現部分部件組裝時公差較大，是導致控制油內漏的主因。

4.3 整改及效果

針對2#壓縮機控制油內漏問題，廠方幾次對壓縮機滑閥進行檢查，更換周圍部件的密封件、一級滑閥內密封環的O型圈、金屬環及環蓋，問題未得到解決，通過施加油壓的方法對懷疑漏油的密封處檢查，初步斷定泄漏點在第一段密封處。

2011年7月，對壓縮機解體檢查，發現低壓段液壓缸底部密封環蓋壓蓋面有加工遺留的凸點，滑閥驅動軸軸向有微小的傷痕，再次更換了密封材料及滑閥驅動軸，低壓處密封環蓋壓蓋重新加工，降低油回收槽的液位，試運行發現控制油液位仍然以0.3 L/h的速度下降，問題依然存在。通過與廠方技術交流，12月初對壓縮機本體進行了大修，更換高壓、低壓側的液壓缸、機械密封、活塞密封、軸承、氣缸及密封用的O型密封圈。壓縮機運行至今控制油液位無明顯下降，內漏問題得到解決。

5 出口煤氣氣液夾帶嚴重的分析及處理

5.1 存在問題

自投運以來，用戶多次反映切割煤氣質量不合格，經常堵塞燒嘴，通過跟蹤200#預處理系統進、出后的煤氣質量，發現200#填料已失效。

5.2 原因分析

注油螺桿壓縮機中，壓縮氣體的同時，大量的油被噴入壓縮機的齒間容積，這些油與煤氣形成油氣混合物，在經歷壓縮和排氣過程后，被排到機組的油氣分離器中，為了降低排氣中的含油量和循環使用潤滑油，必須有效的利用油氣分離器把潤滑油從氣體中分離出來。煤氣出口含油量過高的原因有以下幾點：

（1）排氣溫度和壓力過高，潤滑油的飽和蒸汽壓過高。在壓縮煤氣與潤滑油形成的油氣混合物中，潤滑油以氣相和液相兩種形式存在，處于氣相的潤滑油是由液相的潤滑油蒸發所產生的，其數量的多少除取決于油氣混合物的壓力和溫度外，還與潤滑油的飽和蒸汽壓有關。油氣混合物的壓力和溫度愈高，則氣相的油愈多；飽和蒸汽壓愈低，則氣相的油愈少。氣相油與其他氣體類似，無法用機械方法予以分離，只能用化學方法清除。

（2）缺少二次油分離裝置。噴油螺桿壓縮機工藝設計時，氣路系統中，要求被壓縮煤氣經過入口過濾器出去煤氣中的塵埃、雜質后，進入壓縮機的吸氣腔，在壓縮的過程中與潤滑油混合，經壓縮后的油氣混合物被排入到一次油分離器中，在經過二次油分離器進一步分離后，把潔凈的煤氣送到下游用戶。油路系統中，潤滑油經過溫控閥進入油冷卻器，再經過油過濾器除去雜質微粒后，大多數的潤滑油被噴入壓縮機的壓縮腔，其余潤滑油分別通向軸承、軸封等處，起到潤滑、密封的作用。最后，所有的潤滑油均與被壓縮氣體一起排入一次油分離器中，分離出大多數的潤滑油，以便循環使用。在二次油分離器中分離出少量的潤滑油，也被引回到吸氣側的低壓處。

5.3 改造思路及效果

降低排氣含油量的方法之一是，降低排氣壓力和溫度，在實際工況中，出口煤氣壓力設計是根據工藝要求的，排氣溫度不允許低到水蒸氣被冷凝的程度；方法之二是，采用飽和蒸汽壓較低的潤滑油，如合成油和半合成油，具有相當低的飽和蒸汽壓，特性穩定，不易揮發，能達到更高的粘度。最有效的方法是增加二次除油裝置。查閱相關資料發現以超細玻璃纖維為材料的除油過濾器，效果佳、壽命長、壓降小，這類過濾元件可以使氣體中的含油量降至（5～10）×10-6m3。

為保障產品煤氣質量，延長200#預處理塔填料的使用壽命，經討論決定在切割氣管道上增加一套除油裝置，2008年10月利用煉鋼停產檢修機會，在焦爐煤氣緩沖罐的出口管道上增加了兩臺除油過濾器，在實際運行過程中效果明顯。

6 結語

通過長期的摸索探討，工藝的不斷優化，使壓縮機運行日趨穩定，煤氣品質得到大幅度的提高。