空壓機放空閥波動的分析與處理

郭 偉

1 引言

2015年4月，崗位操作人員發現12000 m3/h空分設備配套的空氣透平壓縮機的放空閥頻繁發生波動，從而引起進入空分設備的空氣壓力、流量變化，影響空分設備的正常運行。

2 空氣透平壓縮機簡介

包鋼氧氣廠12000 m3/h空分設備配套的GT078L3K1型離心式空氣透平壓縮機由德國Atlas Copco公司設計制造，為齒輪式多軸三段壓縮。它由主電機驅動的大齒輪帶動兩個小齒輪，由于兩個小齒輪的齒數的不同，分為低速軸和高速軸。低速軸帶動一、二級葉輪，高速軸帶動三級葉輪。壓縮機組設有三個氣體冷卻器。空氣經每一級壓縮后再經氣體冷卻器冷卻后送往下一級。最終經末級氣體冷卻器冷卻后，送入空氣冷卻塔。壓縮機配有單獨的潤滑油站，主油泵由電機主軸拖動。空氣透平壓縮機相關設計參數如下：

吸入壓力：0.098 MPa

吸入溫度：30℃

排氣壓力：最大0.65 MPa

排氣溫度：高限：116℃；聯鎖：129℃

質量流量：最小59846 kg/h；最大85495 kg/h

管道安裝后進行檢修工作是重要環節，也是必不可少的環節。為了能夠確保焊接的質量，在焊接時，應根據實際情況合理調整焊接方案，從而保證焊接的質量，提升焊接的效果。為此，檢修人員應使用先進的設備進行檢修，如利用相機將焊接進行拍照，并進行分析和整理，將存在的缺陷繪制成文檔或PPT文件后，發送施工單位，從而避免后續焊接工作再出現類似的問題。對此，施工單位應加大資金投入的力度，保證擁有足夠的資金引進先進的設備和技術，從而保證焊接工作順利開展，提升焊接的工作效率，確保焊接的質量，提升管道安裝的可靠性。

功率：6400 kW

大齒輪軸轉速：1480 r/min

低速小齒輪軸轉速：10005 r/min

高速小齒輪軸轉速：15633 r/min

整套機組選用西門子S7-400 PLC控制系統完成壓縮機的啟停、加載、卸載及輔助設備的聯鎖控制，通過機旁柜OP270觸控屏完成上述機組操作和機組的設備狀態及參數的就地監視。通過Modbus協議完成S7-400 PLC系統與FOXBORO I/A Series集散式控制系統的數據通訊，最終保證在中控室進行機組數據的實時監視及趨勢的記錄。

3 放空閥波動異常現象

2015年4月上旬，12000 m3/h空分設備在產品氣體量及用戶氣體管網壓力供出正常的情況下，空壓機放空閥出現無規律的波動（如圖1所示）。放空閥開度由正常值0%，突然打開，最大開度值可達到90%，開度值在10%～90%之間波動，故障發生頻率從幾分鐘一次，到間隔15、30 min均出現過。放空閥故障打開后2～3 s迅速關閉。放空閥波動故障發生期間，機組排氣壓力在0.46 MPa～0.41 MPa之間波動，已嚴重影響到空分設備的正常運行。

從空壓機放空閥異常波動的現場情況，對照圖1放空閥開度的歷史趨勢判斷，放空閥異常波動期間，確實有閥門的控制信號輸出。閥門由關到開，再關的過程中，閥門的定位器工作正常，未發現異常情況。找出導致控制信號的輸出的原因，是急需解決的問題。

圖1 空壓機放空閥開度歷史趨勢

4 放空閥控制原理

查閱機組隨機的外文資料，其放空閥控制原理如圖2所示。

其中：Ramp是放空閥的爬坡器；PIC是空壓機排氣壓力PID調節器正作用控制；FIC是空壓機出口流量PID調節器（防喘振）反作用控制；High Select高選器；FV1046是空壓機放空閥。Ramp放空閥爬坡器主要應用于機組的加載、卸載過程中，保證放空閥以一定的速率關閉、打開。機組正常運行過程中，放空閥主要受控于PIC壓力PID調節器、FIC流量PID調節器。現場觀察壓縮機運行，放空閥波動的瞬間，壓縮機排氣壓力沒有任何躍變。從觀察的情況分析，放空閥的波動很可能是由流量PID調節器控制信號的輸出，而導致動作。

查看資料，空壓機出口流量V（m3/h）的實際值是由下面的計算公式得來：

式中，dPflow——出口差壓，mbar；

Tflow——排氣溫度，K；

Pflow——排氣壓力，bar；

const——流量裝置系數。

從計算公式中涉及的參數分析，機組運行過程中，壓力、差壓均沒有出現過波動；最可能出現波動的參數就是排氣溫度。查看排氣溫度歷史趨勢及現場再次觀察放空閥的波動，發現在每次放空閥波動期間，排氣溫度出現了大幅變化（0～23℃）。經過上述分析基本確認，由于排氣溫度的波動，導致空壓機出口流量值發生非正常變化，使得FIC流量PID調節器較大幅度反饋調節，最終導致放空閥頻繁動作。

5 處理過程

根據現場情況，首先排除由硬件問題引起的排氣溫度異常。儀控人員在線將空壓機排氣溫度聯鎖解除，計量人員在線更換新的熱電阻芯子。通過上述處理，空壓機排氣溫度異常情況并沒有得到有效改善，這說明導致排氣溫度異常的信號可能來自于外部信號電纜干擾。

采用電阻箱在機盤柜接線端子處加以穩定的熱電阻信號（17℃），通過48 h觀察，排氣溫度未發生波動，放空閥沒有動作。分析認為應該是外部信號電纜干擾，導致排氣溫度的異常。

利用高爐檢修的機會，12000 m3/h空分設備同步停車。重新更換了排氣溫度屏蔽電纜，改變了熱電阻到機盤柜接線端子屏蔽電纜的走向。經過此次處理，空壓機排氣溫度顯示正常，放空閥未再出現波動。通過兩個多月的運行，證明處理方法有效。

6 結束語

目前12000 m3/h空分設備配套的空壓機的各項參數運行正常，為空分設備工藝生產鏈提供了穩定的氣源，保證生產穩定。

在此次故障處理過程中，我們也意識到在機組調試期間，我方人員對機組的控制系統了解不夠深入，導致故障發生期間，沒有在第一時間找到故障問題的關鍵點。在今后的進口設備的調試過程中，需要加強此方面的培訓。同時機組任何參數的變化，都應引起我們足夠的重視，任何的偏差，都有可能產生嚴重的后果。