PSA 裝置噴水工藝螺桿壓縮機試車問題及解決措施

張紅艷，李 輝，李榮良

（1.山東華魯恒升化工股份有限公司，山東德州 253000；2.德州實華化工有限公司，山東德州 253000）

1 某化工企業PSA 裝置試車過程中存在的問題

某化工企業PSA（Pressure Swing Absorb，變壓吸附）制氫裝置因解析氣氣量大，入口壓力低，壓比高等特點，解析氣壓縮機壓縮機選用非常關鍵。在經過綜合對比后，解析氣壓縮機采用一臺噴水工藝螺桿壓縮機和兩臺往復式壓縮機串聯運行，兩臺往復式壓縮機一開一備。本裝置的噴水工藝螺桿壓縮機的作用是將解析氣從0.01 MPa（G.）加壓至0.56 MPa（G.），然后送到后面的往復壓縮機進一步壓縮提壓（表1）。

安裝完成之后，調試期間，出現了一些問題，如：因平衡管平衡壓力的效果不好，平衡管壓力隨排氣壓力升高而不斷升高，驅動端軸承溫度高，入口設計參數波動，排氣帶液等。因為壓縮機已經安裝，時間比較緊，壓縮機機組不好調整。通過與設備廠家、干氣密封廠家溝通，對干氣密封的供氣壓力、氣量等方面做適當調整，對驅動端加油閥門做適當改進，對工藝操作做適當調整等方法，最終解決問題，完成了螺桿壓縮機的順利試車工作，也實現了工藝螺桿壓縮機在本企業的首次成功投用和安全穩定運行。

2 問題分析及解決方案

2.1 平衡管問題

解析氣螺桿壓縮機的平衡管平衡能力按設計要求應與壓縮機入口壓力一致，若螺桿壓縮機平衡管的平衡效果良好，按照設計應為0.01 MPa（G.），前置密封氣的設計壓力為0.03 MPa，只要保證前置氣與平衡管壓差≥0.005 MPa，就能保證壓縮機正常運行。但在實際試車運行過程中，平衡管的壓力隨壓縮機排氣壓力的上升而上漲。平衡管取壓點的位置不能真正反映陰陽轉子驅動端迷宮密封處的壓力，從而導致干氣密封盤站上的前置氣壓力也隨之上漲，前置氣與平衡管之間的壓差表也不能正確反映實際的壓差。

表1 螺桿壓縮機和干氣密封主要設計參數

在平衡管管路上增加一塊現場壓力表（0～0.6 MPa），通過與干氣密封上的平衡管取壓點的壓力對比，來檢測平衡管的實際壓力。經過多次試車分析總結，在現場平衡管的壓力與干氣密封盤站上取壓點的壓力有一定壓差，且驅動端陰陽轉子迷宮密封處的實際壓力要高于現場平衡管的壓力。

因為螺桿壓縮機平衡管效果不佳，導致干氣密封前置氣密封腔驅動端與非驅動端壓力不一致且平衡管壓力較高，使注入前置氣的壓力超過干氣密封系統的設計值，干氣密封控制系統的前置氣就地壓力表超量程。經過多次試車，平衡管壓力基本在0.08 MPa（G.），系統驅動端前置氣壓力為0.18 MPa（G.），非驅動端前置氣壓力約0.09 MPa（G.）。根據系統密封氣與前置氣壓差正常設定值為≥0.2 MPa（G.），則密封氣壓力應≥0.38 MPa（G.），而現場氮氣源為0.35 MPa（G.），無法滿足現場開車要求。

經多次試車與總結經驗，決定提高干氣密封盤站氮氣源總管壓力。重新配管，提供穩定、連續且充足的1.0 MPa（G.）氮氣源，經減壓閥調壓至0.7 MPa（G.）后引至干氣密封控制系統。系統內部更換前置氣驅動端與非驅動端兩塊就地壓力表（從0～0.1 MPa 換成了0～0.6 MPa），密封氣主管路閥后壓力設定值改為0.5 MPa（G.），保證密封氣注入，前置氣主管路減壓閥因受出口調壓限制（初期設計按照出口壓力為0.2 MPa（G.），需要打開旁路閥調節，調節閥后壓力為0.4 MPa（G.），經孔板限流后進入前置氣驅動端與非驅動端，因前置氣驅動側與非驅動側壓力不平衡，驅動側壓力偏高，因此前置氣驅動側氣量會略微增加，總氮氣耗量增加為10 Nm3/h 左右，為216～230 Nm3/h（表2）。

干氣密封氮氣源壓力及部分參數調整修正后，再一次試車，在螺桿壓縮機各項參數正常運行前提下不斷提高排氣壓力，獲得的最終數據能夠滿足現場使用要求（表3）。

2.2 其他問題

（1）驅動端的軸承溫度有些高，最高達到77 ℃，而報警溫度為80 ℃。經分析，注油器上各注油點的控制閥門采用針型截止閥，通量比較小，驅動端閥門全開的情況下，壓力只有0.2 MPa（G.）。將驅動端的兩個注油器的針型閥改為通量大的球閥后，調節球閥將壓力調至0.35 MPa（G.），運行一段時間后軸承溫度最終穩定在66 ℃左右，下降了約10 ℃。

（2）螺桿壓縮機的入口設計壓力為0.01 MPa（G.），設計溫度為40 ℃，但實際開車前期，PSA 裝置的出氣壓力為波動工況，而溫度也會隨環境溫度發生變化，這樣就造成了螺桿壓縮機的入口壓力波動。溫度也會隨季節不同有相應變化，這樣就會引起電流波動，軸承振動也有明顯波動。后經緩慢的工藝調整，盡可能縮小入口壓力的波動范圍并接近螺桿壓縮機的設計壓力，這樣電流和振動波動也相應減小。

（3）空氣試車時，當壓縮機出口壓力低于0.3 MPa（G.）時，分離罐氣相出口有帶液現象。這是因為當空氣試車時排氣壓力為0，噴液系統的內循環未建立，部分噴液水隨氣相排出，造成氣相帶液現象。當壓縮機出口壓力高于0.3 MPa（G.）時，噴液系統內循環能快速建立，噴液水循環使用，可以基本解決氣相帶液問題。而且在螺桿壓縮機配套的分離罐后面又增加了一個大的氣液分離罐，兩重保護，確保液體不被帶入往復壓縮機。

3 結論

（1）針對螺桿壓縮機平衡管問題，采取的措施有：①可將驅動端和非驅動端分別密封，不用平衡管聯通，但是這樣會造成密封氣總管壓力提高，用氣量也會增加；②使用平衡管，讓設備廠通過可靠的方案，如增加平衡盤結構等，將平衡管壓力降到最低；③壓縮機不做改變，提高干氣密封的整體設計壓力，滿足平衡管能達到的最大壓力，這樣也會提高整體的干氣密封盤站和部分儀表的耐壓等級，總耗氣量也會增加。本裝置的干氣密封本體設計壓力為0.7 MPa（G.），改為高壓氣源易誤操作損壞密封，前置密封驅動端壓力表等已滿量程，前置氣減壓后為0.35 MPa（G.），自力式調節閥已全開，而且開了部分旁路，已經起不到獲得穩定的氣源動力的作用，此調節閥也已超量程。所以只能將氮氣管網的1.0 MPa（G.）氮氣作為氮氣源，在進入干氣密封系統前增加減壓閥，閥后壓力設置為0.7 MPa，否則就會超壓。本裝置螺桿壓縮機排氣壓力基本穩定在0.53 MPa，干氣密封的耐壓等級夠用。如果排氣壓力增大或平衡管壓力再升高，則干氣密封有可能滿足不了使用要求，所以在設計階段一定要綜合考慮。

表2 干氣密封盤站壓力表更改參數后的數據

表3 調整干氣密封氣源壓力及參數后試車數據

（2）設計院提供的入口壓力、溫度參數盡量要準確或一個范圍，可以讓主機廠進行綜合分析，考慮各種工況并進行選型設計，避免電機功率選型小。實際試車過程中，最大排氣壓力達到0.56 MPa（G.）時，電流已達194 A，額定電流為201 A，若稍有波動就會出現超電流現象。

（3）針對螺桿壓縮機排氣壓力低于0.3 MPa（G.）、排氣帶液的問題，通過提高排氣壓力，建立噴液循環，解決帶液問題。

（4）試車過程中出現的各種問題，通過與主機廠和配套廠商溝通分析解決，為壓縮機的順利試車和投用提供了保障，也為螺桿壓縮機在實際的化工行業運行的推廣積累了寶貴的經驗。