關于加氫改質裝置循環氫壓縮機喘振分析及控制的探討

孔亮

摘要：基于工藝條件需求，在加氫裝置中，常采用離心壓縮機視為循環氫壓縮機。在離心壓縮機工況中，喘振不是正常工況，當達到一定條件時，喘振就可發生?；趬嚎s機喘振，本文對其進行了概述，對引起壓縮機喘振的因素進行了分析，對如何有效控制壓縮機喘振進行了探討，本人能力有限，希望能幫助到相關人士。

關鍵詞：壓縮機喘振;可變極限流量;固定極限流量;循環氫

引言：在工業生產系統中，離心壓縮機是關鍵設備，用來對氣體進行傳輸，在離心壓縮機中，喘振是獨有的特點，若離心機發生喘振，極有可能對設備造成損壞，進而引起物質泄漏事故的發生，在此情況下，不得不停止生產，來對設備進行檢修，進而給企業造成一定的損失。

1.有關喘振的概述

在壓縮機處于運行狀況時，在壓力一定的條件下，若氣體流量低于限定值，在此情況下，經過壓縮機的氣流存在極大的不穩定性，隨之一系列參數會產生較大的變化，比如氣體的流量，以及壓縮機出口處的壓力等，進而發生不正常的聲音及振動，而且是非常強烈的，這就是所謂的喘振。在壓縮機發生喘振現象之后，不僅能直接損害壓縮機本身，而且一系列的組件會因喘振而出現磨損的情況，比如軸承、濾網以及法蘭，若情況較為嚴重，將能致使壓縮機不能正常運行。另外，對于壓縮機而言，其大部分流通介質具備一定的可燃性以及毒害性，如果壓縮機被損壞的程度較大，將會導致很多高分氣的泄漏，在此情況下，將極大提高安全事故發生的概率[1]。

2.流程說明

針對于加氫改質，在其工藝中，人們將循環氫稱之為高分氣，很多情況下，可重復使用循環氫，借助于壓縮機，可從分離器頂部，將高分氣抽取出來，在經過壓縮機增壓處理后，可將高分氣分為三路，其中，一路高分氣在與新氫混合之后，與原柴油組成新的混合物，通過加熱爐，對混合體進行加熱，最后進入反應器內進行反應;一路高分氣為冷氫所使用，在一定程度上，可對床溫進行調節;第三路循環氫被引入到分離器的入口處，又稱之為反飛動線，若情況較為特殊，可進行適當開啟，促使壓縮機中氣體回流，進而可降低壓縮機出現喘振的概率。待反應終止之后，借助于高壓分離器，將高分氣（也就是循環氫）分離出來，之后重復上述循環。

3.引起壓縮機喘振的因素

若出現喘振，流量波動較大，機組振動程度加大，促使轉子承擔載荷，若情況嚴重，將會促使元件與轉子發生碰撞，進而對軸承造成一定程度損壞，最終導致一系列事故的發生，比如爆炸事故。針對于加氫改質裝置而言，當其處于正常運行狀態時，反應器里的反應較為平衡，高分氣分子量實質上是一種穩定數值，在操作參數發生改變的同時，循環氫分子量隨之發生變化。在高分氣分子量下降到某個數值時，性能曲線呈現下降的趨勢，在工作點掉入喘振區之后，進而引起壓縮機出現喘振[2]。目前，在加氫改質裝置中，所采用的新氫，其純度是相當高的，高分氣純度已大于85%，如果對廢棄新氫進行二次排出，會促使其純度提高，在此情況下，將極大增加喘振發生的概率，結合喘振發生的情況來分析，絕大多數發生于高分排放的情況。

在壓縮機運行過程中，背壓壓力對其的影響不是很大，在背壓壓力處于較低的情況下，壓縮機轉動速率隨之提高，抽氣量顯著增加，在此基礎上，致使高分壓力呈現降低的趨勢，進而對產品質量造成一定程度的影響;當背壓壓力較大時，壓縮機轉動速率隨之降低，抽氣量顯著減少，致使高分壓力呈現上升的趨勢，高分廢氫被排出，高分氣純度隨之增加，在此情況下，極容易發生壓縮機喘振的現象。針對于高壓分離器而言，在液相狀態中，在溫度逐漸降低的同時，氫氣溶解能力隨之降低，在液相中，烴類物質的溶解能力隨之提高;在溫度逐漸增加的同時，氫氣溶解能力隨之增強，在液相中，烴類物質的溶解能力隨之降低。在實際運行中，不存在閥門開關操作。基于此，在原油進料量恒定，以及注水量一定的情況下，對于系統特性曲線而言，系統壓力下降對其的影響較大。在系統壓力增加的同時，曲線斜率隨之變大，工作點逐漸朝著喘振區域移動，當系統壓降處于某一范圍時，工作點將對掉入喘振區，進而引起壓縮機喘振的發生。

4.壓縮機喘振的控制

為降低壓縮機喘振形成的概率，現如今，有很多較為成熟的技術得到廣泛使用。另外，在最新控制技術的前提下，并結合相關的控制原理，部分新型控制技術正在大力研究，并取得一定的發展，在經過不斷發展之后，系統穩定能力得以提高。固定極限流量法：當負荷條件處于最大時，相比于其他負荷條件，在壓縮機發生喘振的情況下，流量Q是最高的。針對于壓縮機最小流量，將其進行適當調整，確保其大于Q的8%左右，此時稱之為Qmin。當壓縮機流量小于該限定值時，相關的閥門被開啟，將一部分流通介質進行排出，或者促使氣體流量回流到入口處，促使系統內部流量大于限定值。在對壓縮機的喘振進行控制的過程中，采用該種方法，具有以下優勢：所需檢測的儀表不多，控制原理容易理解。同時，該種方法存在一定的不足，具體而言，在負荷較低的情況下，會造成一些流量的浪費，不能充分利用氣體流量，不利于提高系統的效率。針對于壓縮機而言，在其負荷處于最小的情況下，流通介質往往處于被排空的狀態。基于此，若壓縮機長時間處于高負荷狀態，可采用該方法來對喘振進行控制。

可變極限流量法：若壓縮機負荷變化頻率較大，應綜合考慮負荷條件的不同，發生喘振的不同部位。如果為防止壓縮機發生喘振，把喘振線視為控制的限值，因此，在喘振線附近，壓縮機會呈現來回波動的趨勢，在此情況下，可有效避免喘振現象的發生?；趬嚎s機的喘振線，可將其右邊8%左右的曲線視為限值，可稱之為響應線，通過這樣的方式，可有效防止壓縮機進入不穩定區[3]。與固定極限流量法相比而言，在壓縮機負荷不高的情況下，采用可變極限流量法，可有效減小循環的流通量，進而促使效率得以提升，氣體流量得到充分利用。然而，在對壓縮機喘振進行控制時，采用該種方法，對防喘閥有著較高的要求，在對閥門進行選擇時，應選取快開特性的，或者借助于相關的組件，比如電磁閥，在突發情況下，以便能快速打開閥門;此外，使用該方法，所需儀表數量較多，不僅需要大量的流量，而且還要有壓縮機的出口與入口壓力，要求檢測具備較高的精準度。

新技術的探索和運用：伴隨技術的快速發展，以及控制理論愈加成熟，在壓縮機喘振控制領域，一些新方法得以形成，并得到一定程度的應用。比如，基于模糊控制原理，將調節器與模糊控制器進行融合，進而形成模糊PID調節器，該復合調節器有效融合了兩者的優勢，動態響應因此得以提升;有效借助于預估控制，在壓縮機沒有發生喘振現象之前，在工作點朝著喘振區域移動時，若速度較快，可事先進行干預，進而實現對壓縮機喘振的控制。

結論：通過以上的分析可以得知，采用可變極限流量法，可有效減小循環的流通量，進而促使效率得以提升，氣體流量得到充分利用;在壓縮機發生喘振現象之后，不僅能直接損害壓縮機本身，而且一系列的組件會因喘振而出現磨損的情況，若情況較為嚴重，將能致使壓縮機不能正常運行;若出現喘振，流量波動較大，機組振動程度加大，促使轉子承擔載荷，若情況嚴重，將會促使元件與轉子發生碰撞，進而對軸承造成一定程度損壞，最終導致一系列事故的發生。

參考文獻：

[1]曹衛波，黃曉暉.柴油加氫改質裝置催化劑燒結原因分析[J].煉油技術與工程，2017，46（06）：48-51.

[2]孟祥寶，丁鵬飛，趙磊.影響加氫改質裝置安全運行的因素及控制措施[J].化工管理，2018（02）：2-3.

[3]車廣博.影響加氫改質裝置安全運行的因素及控制措施[J].石油化工安全環保技術，2019，25（04）：46-48+69.