富氣壓縮機(jī)節(jié)能改造

武生祥，洪偉鴻，姚茂祥，于鑫淼

（中國石油廣東石化公司，甘肅 蘭州 515200）

1 裝置簡(jiǎn)介

我公司延遲焦化采用美國FW公司提供的工藝包，生產(chǎn)能力為300×104t/a。

2 問題分析

2.1 影響因素及排除

進(jìn)氣參數(shù)的波動(dòng)、管線堵塞、火炬閥的故障、裝置加工負(fù)荷變化、原料性質(zhì)的變化、實(shí)際進(jìn)口流量與設(shè)計(jì)值存在負(fù)偏差等都會(huì)造成機(jī)組工作點(diǎn)向靠近防喘振線的方向移動(dòng)。另外，如防喘振控制系統(tǒng)算法、防喘振線的安全余量設(shè)置偏大，也同樣會(huì)造成工作點(diǎn)相對(duì)靠近或越過防喘振曲線而無法關(guān)閉防喘振閥。

2.2 防喘振控制系統(tǒng)

喘振線的形成，是通過壓縮機(jī)的預(yù)期性能曲線各工況下的喘振點(diǎn)坐標(biāo)，經(jīng)代入喘振點(diǎn)計(jì)算數(shù)學(xué)模型而得到的。防喘振線是自動(dòng)形成的，程序中只輸入安全余量值。可認(rèn)為:喘振點(diǎn)坐標(biāo)是接近真實(shí)喘振點(diǎn)的，喘振線是真實(shí)的。公式（1）為喘振線計(jì)算公式。

由實(shí)際操作點(diǎn)（工作點(diǎn)）的橫坐標(biāo)的算法看出，橫坐標(biāo)與進(jìn)出口溫度壓力及節(jié)流元件差壓值都有關(guān)系。根據(jù)本壓縮機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，影響最大的就是出口差壓值hd。公式（2） 為實(shí)際操作點(diǎn)計(jì)算公式。

式中:PSR-壓縮機(jī)設(shè)計(jì)入口壓力；hmax-節(jié)流元件最大差壓；Pdf-節(jié)流元件基準(zhǔn)出口壓力；Tdf-節(jié)流元件基準(zhǔn)出口溫度；TSR-壓縮機(jī)設(shè)計(jì)入口溫度；hd-節(jié)流元件實(shí)際差壓；pd-壓縮機(jī)實(shí)際出口壓力；Td-壓縮機(jī)實(shí)際出口溫度；PS-壓縮機(jī)實(shí)際入口壓力；TS-壓縮機(jī)實(shí)際入口溫度。

2.3 運(yùn)行參數(shù)的變化

如能將一二級(jí)防喘振閥關(guān)閉，即可得到機(jī)組的真實(shí)流量。具體操作方法是，將機(jī)組背壓降低至不影響后路系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量的1.1MPa，最大程度的增加富氣流量。關(guān)閉防喘振控制閥手閥來逐漸減少返回流量，直至現(xiàn)場(chǎng)完全關(guān)閉。關(guān)死后，逐步地提高背壓至正常的背壓壓力（1.3MPa），測(cè)試真實(shí)工作點(diǎn)的位置及相關(guān)參數(shù)。

2.4 原因分析

因?yàn)樵囼?yàn)及運(yùn)行數(shù)據(jù)均在裝置最大富氣量的條件下得到，在該情況下，工作點(diǎn)越過防喘振線，靠近喘振區(qū)。因此壓縮機(jī)實(shí)際流量與設(shè)計(jì)流量存在負(fù)偏差，是一段防喘振閥無法關(guān)閉的主要原因。

3 現(xiàn)場(chǎng)氣動(dòng)性能試驗(yàn)

本試驗(yàn)參照ASME PTC-10規(guī)定的II類型試驗(yàn)，即試驗(yàn)氣體和運(yùn)轉(zhuǎn)條件都與設(shè)計(jì)相同的試驗(yàn)。試驗(yàn)氣體和設(shè)計(jì)氣體相同，運(yùn)轉(zhuǎn)條件與設(shè)計(jì)不相同的試驗(yàn)。本試驗(yàn)采用分段試驗(yàn)方法。

試驗(yàn)裝置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際流程，并在滿足生產(chǎn)的前提下進(jìn)行工況點(diǎn)調(diào)節(jié)。試驗(yàn)按ASME PTC-10標(biāo)準(zhǔn)采用閉式回路試驗(yàn)方法測(cè)定氣動(dòng)性能測(cè)量參數(shù):包括:進(jìn)、出口壓力，進(jìn)、出口溫度，流量（流量計(jì)壓差），上游壓力，上游溫度，轉(zhuǎn)速等。氣體溫度采用鉑電阻測(cè)量。壓力可用壓力變送器測(cè)量。流量由現(xiàn)場(chǎng)RV錐管流量計(jì)、差壓計(jì)測(cè)定。轉(zhuǎn)速由現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)速表測(cè)量。

3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2 計(jì)算結(jié)果

本試驗(yàn)功率測(cè)量采用熱平衡法，本試驗(yàn)機(jī)械損失采用設(shè)計(jì)值。使用沈鼓公司的計(jì)算軟件，結(jié)果計(jì)算如表2。

由于試驗(yàn)轉(zhuǎn)速為5620r/min，與設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速6276r/min不相等。特征馬赫數(shù)不相等，造成氣體在流道中參數(shù)變化也不相似，對(duì)應(yīng)點(diǎn)的比容比也就不相等。不能保證兩種狀態(tài)的完全相似，只能按照絕熱指數(shù)k相等，馬赫數(shù)不等的近似換算。

表2 計(jì)算結(jié)果（5620r/min）

3.3 性能曲線及性能對(duì)比

將表2中計(jì)算及換算出的數(shù)據(jù)與壓縮機(jī)的6272r/min轉(zhuǎn)速下的預(yù)期性能曲線繪制在同一張圖上進(jìn)行對(duì)比，Y軸為壓比或軸功率kW，X軸是壓縮機(jī)入口的容積流量Qs。圖中:Ⅰ線為壓縮機(jī)實(shí)際性能曲線，Ⅱ線為轉(zhuǎn)速6272r/min預(yù)期性能曲線，Ⅲ線為換算到6272r/min轉(zhuǎn)速的性能曲線，其中預(yù)期性能曲線包括喘振點(diǎn)及最大流量點(diǎn)在內(nèi)共5個(gè)點(diǎn)的曲線，實(shí)測(cè)參數(shù)由于受制與現(xiàn)場(chǎng)操作條件，無法測(cè)得喘振點(diǎn)及最大流量點(diǎn)，僅能測(cè)到3組數(shù)據(jù)，并得到3組換算后的數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

通過分析，并結(jié)合喘振閥手閥關(guān)閉試驗(yàn)，初步確認(rèn)了壓縮機(jī)防喘振閥無法關(guān)閉的原因?yàn)閴嚎s機(jī)入口流量與設(shè)計(jì)流量存在負(fù)偏差。對(duì)于成熟的壓縮機(jī)機(jī)型，如甲方不要求做性能試驗(yàn)，制造廠一般不進(jìn)行性能試驗(yàn)，因此無法得到較為準(zhǔn)確的實(shí)際性能曲線。壓縮機(jī)的性能曲線是通過計(jì)算的方式得到的，新裝置的富氣量是通過物料平衡估算的，如兩者同時(shí)存在誤差，出現(xiàn)誤差累積，最終導(dǎo)致壓縮機(jī)的實(shí)際富氣量偏小。