大唐克旗煤制氣壓縮機喘振分析及解決方案

鄭海波　李天智　孔令國

摘要：在煤制合成氣工業中，首站壓縮機組的正常運行是首站裝置安全、環保、穩定運行的先決條件。文章對首站裝置運行以來壓縮機組首次出現的喘振狀況進行了解析，對喘振現象發生前、發生時、發生后的主要參數變化進行了采集，對現場排查和確定喘振原因進行了梳理，并對后續處置和防范措施進行了描述。

關鍵詞：煤制天然氣；壓縮機；喘振現象；煤制合成氣工業；首站裝置 文獻標識碼：A

中圖分類號：TH452 文章編號：1009-2374（2015）09-0163-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0838

1 概述

壓縮機運行中會出現喘振現象，是事故發生的主要原因。為了保證壓縮機的穩定運行，本文主要對大唐克旗煤制天然氣項目中壓縮機出現喘振現象的原因進行了分析，并提出了有效的解決方案。

2 喘振過程及現象

2.1 喘振過程

表1 壓縮機喘振前后主要參數變化對比表

指標

時間 PT

11133A PT

11202A TT

11131A TT

11202A rKT

11301A FT

11131A VT

11001A-X ZT

11001A-3

名稱 壓縮機

入口壓力 壓縮機

出口壓力 壓縮機入口溫度 壓縮機出口溫度 壓縮機

轉速 壓縮機

入口流量 壓縮機

軸振動 壓縮機

軸位移

單位 MPa MPa ℃ ℃ rpm kNm3/h μm mm

第一次喘振前后主要參數變化

～14∶33 1.21 2.13 31 98 6450 144.08 11.45 -0.08

14∶36～ 1.01 2.32 27 104 6658 31.99 20.81 0.03

第二次喘振前后主要參數變化

～18∶01 1.96 2.89 9 42 4179 58.42 14.19 0.05

18∶02～ 2.02 2.86 7 46 4785 0.00 24.00 0.11

第三次喘振前后主要參數變化

～22∶11 0.31 1.07 4 112 5423 52.66 10.53 -0.03

22∶13～ 0.35 1.15 4 115 5933 0.00 10.37 -0.04

2.1.1 第一次喘振。啟動首站一系列壓縮機，氮氣工況運行，壓縮機組各主要參數正常；三小時后，從進站的旁路閥引入合成氣對壓縮機進行置換；半小時以后，壓縮機出現喘振，一系列壓縮機停車。

2.1.2 第二次喘振。合成氣工況下第二次啟動一系列壓縮機，當轉速升至4200rpm時，壓縮機出現喘振現象，一系列壓縮機停車。

2.1.3 第三次喘振。第二次喘振之后，對一系列壓縮機系統進行氮氣置換，目的是排除氣體組分變化引起壓縮機喘振的可能。壓縮機氮氣工況下啟機，當轉速升至5915rpm時，壓縮機出現喘振現象；一系列壓縮機停車，系統泄壓。

2.2 喘振參數變化

表1為壓縮機喘振前后主要參數變化對比表，如表1所示，壓縮機發生三次喘振，喘振后參數均有同樣的變化趨勢。壓縮機入口壓力微降，出口壓力微漲，出口溫度微漲，壓縮機轉速升高，入口流量迅速下降，軸振動、軸位移明顯升高；之后，壓縮機入口流量、轉速、軸振動和軸位移出現明顯階躍性變化。

3 異常分析

3.1 壓縮機喘振分析

壓縮機分別在氮氣工況切換合成氣、合成氣工況和合成氣切換氮氣三種工況下運行，此三種工況均發生喘振現象。壓縮機喘振的根本原因有入口流量下降、壓縮機出口憋壓。可以確定，喘振原因為壓縮機入口流量先出現迅速下降引起。

圖1 一系列首站壓縮機流程圖

圖1為一系列首站壓縮機流程圖，從圖中可以看出壓縮機出口工藝空冷器、BV-105A、旋風分離器、聚結分離器、BV-104A、防喘閥和壓縮機入口過濾器任何一處堵塞或管道結冰凍堵都會導致壓縮機入口流量下降或壓縮機出口壓力升高。因此，先對管線進行分析，再逐一排除。

3.1.1 管線分析。因首站天然氣含水量很低，一般小于0.1%，且裝置負荷較低，不會因管線內積水造成氣體流量減小，首先可以排除管線結冰凍堵的可能。

3.1.2 閥門分析。兩個閥門BV-105A和BV-104A均為截止閥，開車之前均處于全開狀態，堵塞的可能性非常小，可以排除。

3.1.3 壓縮機全分析。壓縮機喘振前后，壓縮機入口過濾器壓差未出現增大現象，可以排除壓縮機過濾器所導致（拆解過濾器后未發現異物）。現場實測工藝空冷器管束溫度，無凍堵，可以排除。

旋風分離器主要原理為氣流經導葉導流作用產生強烈旋轉進入旋風筒體，密度大的液滴在離心力作用下被甩向器壁，在重力作用下沿筒壁下落；旋轉的氣流在筒體內收縮向中心流動，向上形成二次渦流經導氣管從頂部流出。從旋風分離器的原理可以看出，旋風分離器內除旋風筒體外并無其他輔助部件，脫水后的天然氣從分離器頂部送出無其他阻力，因此可以排除旋風分離器內部堵塞。旋風分離器和聚結分離器進、出口管線管徑與主工藝管道相同，均為DN300。

聚結分離器內部為柱狀濾芯，因壓縮機出口天然氣非常清潔，且聚結分離器內部26根濾芯不可能同時完全堵塞，因此可以排除聚結分離器濾芯堵塞。以上因素均排除后，只能通過拆卸防喘閥來查看是否防喘閥堵塞或閥板脫落。

3.2 解決方案

通過拆卸防喘閥來探究原因，拆卸防喘閥閥頭時發現防喘振過濾器處堵滿牛皮紙（見圖2A），清除防喘振過濾器牛皮紙后，檢查一系列聚結分離器的濾芯損壞嚴重（見圖2B），更換聚結分離器濾芯。

圖2 拆卸后的一系列壓縮機防喘閥（A）和聚結分離器濾芯（B）

對一系列壓縮機防喘閥進行清潔，聚結分離器濾芯更換后，天然氣工況重新啟動一系列壓縮機，啟動正常；16點50分，將二系列壓縮機停運，并對二系列壓縮機防喘閥進行清潔（圖3A），聚結分離器濾芯（圖3B）進行更換。

圖3 拆卸后的二系列壓縮機防喘閥（A）和聚結分離器濾芯（B）

聚結分離器正對出口的三根濾芯均出現不同程度的損壞，其他23根均未發現損壞。判斷為正對出口處的三根濾芯壓降最大，受氣流的沖擊也最大。因此，將一、二系列聚結分離器正對出口的三根濾芯拆掉并使用帶孔不銹鋼管進行代替，以增加其抗沖擊能力。

4 結語

喘振是離心式壓縮機固有的特性，通過對內蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣項目對甲烷化裝置首站壓縮機喘振現象進行了分析，對防喘閥進行了清洗，并對聚結分離器提出了改進方式，使防喘得到了有效控制。

參考文獻

[1] 王福利.壓縮機組[M].北京：中國石化出版社，2007.

[2] 薦保志.離心式壓縮機喘振分析及解決措施[J].中小企業管理與科技，2009，4（10）.

作者簡介：鄭海波（1984-），男，陜西西安人，內蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責任公司主任工程師，助理工程師，研究方向：煤制天然氣的生產和管理。

（責任編輯：蔣建華）endprint