用于氨壓縮冷凝的螺桿壓縮機(jī)組自動(dòng)控制技術(shù)改造

趙江華，肖 升

（甕福達(dá)州化工有限責(zé)任公司，四川 達(dá)州 635000）

甕福達(dá)州化工有限責(zé)任公司磷酸二銨裝置液氨罐區(qū)配備的液氨儲罐為半冷凍式低壓球罐，正常操作壓強(qiáng)為0～800 kPa。液氨罐區(qū)配套有2 臺螺桿壓縮機(jī)組（1 用1 備），用于液氨球罐的降壓保冷［1］。液氨來源主要為園區(qū)工廠的管道輸送液氨，因進(jìn)氨溫度在-10～0 ℃，液氨儲罐壓強(qiáng)基本在正常操作壓強(qiáng)之內(nèi)，故這2臺螺桿壓縮機(jī)組投用率較低，單臺機(jī)組年均投用時(shí)間＜100 h。螺桿壓縮機(jī)組配置有可編程邏輯控制柜（PLC），有手動(dòng)操作、自動(dòng)操作兩種運(yùn)行模式，因考慮到機(jī)組本身投用少、機(jī)組復(fù)雜、安全等因素，一直以來螺桿壓縮機(jī)組使用手動(dòng)操作模式。

近年的危險(xiǎn)與可操作性分析（HAZOP）、保護(hù)層分析（LOPA）中，螺桿壓縮機(jī)組要作為液氨儲罐獨(dú)立的保護(hù)設(shè)施，則須螺桿壓縮機(jī)組自動(dòng)運(yùn)行。在實(shí)際采用自動(dòng)模式操作螺桿壓縮機(jī)組時(shí)，發(fā)現(xiàn)機(jī)組雖有此功能，但不能正常投用。經(jīng)分析螺桿壓縮機(jī)組運(yùn)行原理、自動(dòng)控制原理，筆者查找出原因，給出解決辦法，僅供類似情況參考。

1 螺桿壓縮機(jī)組的結(jié)構(gòu)及原理

1.1 螺桿壓縮機(jī)組的結(jié)構(gòu)及氣氨壓縮流程

用于氣氨壓縮冷凝的螺桿壓縮機(jī)組，其核心原理是利用氨在常溫下加壓至700～800 kPa就能液化成液氨的特性。液氨罐區(qū)的螺桿壓縮機(jī)組，一般由氨壓縮機(jī)、油分離器、油冷卻器、氨冷卻器、儲氨器、油泵以及電儀控制系統(tǒng)組成［2］。來自液氨儲罐的氣氨，經(jīng)氨壓縮機(jī)做功壓縮成高壓氣氨，油氣混合的高壓氣氨經(jīng)油分離器，分離出高壓氣氨和潤滑油。潤滑油經(jīng)油冷卻器冷卻后，再返回氨壓縮機(jī)循環(huán)使用。高壓氣氨經(jīng)氨冷卻器換熱后，進(jìn)入儲氨器，最終經(jīng)管路送入液氨罐（其工作流程見圖1）。

圖1 氣氨壓縮流程

1.2 儲氨器V301自動(dòng)啟停原理

儲氨器V301 設(shè)置有手動(dòng)、自動(dòng)功能。自動(dòng)模式下，若氨壓縮機(jī)C301A/B停機(jī)，閥門HV-7106會自動(dòng)關(guān)閉；若氨壓縮機(jī)C301A/B 開機(jī)，閥門HV-7106 會根據(jù)儲氨器V301 設(shè)置的液位高低自動(dòng)調(diào)節(jié)開度，以控制儲氨器V301的液位。

1.3 氨壓縮機(jī)C301A/B自動(dòng)啟停原理

在自動(dòng)模式下，設(shè)定進(jìn)口壓強(qiáng)控制值和控制差幅，若氨壓縮機(jī)監(jiān)測到進(jìn)口實(shí)際壓強(qiáng)＞控制值+差幅，氨壓縮機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)降壓；若氨壓縮機(jī)監(jiān)測到進(jìn)口實(shí)際壓強(qiáng)＜控制值+差幅，氨壓縮機(jī)自動(dòng)停機(jī)。

2 存在問題及原因分析

2.1 氨壓縮機(jī)排氣壓力高報(bào)聯(lián)鎖停機(jī)問題

在儲氨器V301自動(dòng)模式下，若儲氨器V301的液位值比設(shè)定值低，則HV-7106 處于關(guān)閉狀態(tài)。此情景下，自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行氨壓縮機(jī)C301A/B，氨壓縮機(jī)C301A/B排氣壓力很快會超過高報(bào)聯(lián)鎖值，將會高報(bào)聯(lián)鎖停機(jī)；氨壓縮機(jī)啟動(dòng)的瞬間存在氣壓波動(dòng)，儲氨器V301 的液位檢測值波動(dòng)到設(shè)定液位值以下時(shí)，閥門HV-7106將會關(guān)閉。

2.2 聯(lián)鎖停機(jī)后氨壓縮機(jī)反復(fù)自動(dòng)啟停問題

因液氨罐的壓力值沒有引入氨壓縮機(jī)的PLC控制柜，氨壓縮機(jī)自動(dòng)工況下，只能選擇氨壓縮機(jī)的吸氣壓力為自動(dòng)模式的控制壓力。氨壓縮機(jī)進(jìn)口設(shè)置有吸氣止逆閥，在自動(dòng)模式停機(jī)下，閥門HV-7106 關(guān)閉，氨壓縮機(jī)C301A/B 與儲氨器V301 間的高壓氣氨短時(shí)間內(nèi)不能自動(dòng)卸放，氨壓縮機(jī)PLC系統(tǒng)檢測到吸氣壓高，自動(dòng)模式下，停機(jī)5 min 后，會自動(dòng)啟動(dòng)氨壓縮機(jī)C301A/B，如此反復(fù)循環(huán)啟停氨壓縮機(jī)C301A/B。

3 解決對策

3.1 氨壓縮機(jī)排氣壓力高報(bào)聯(lián)鎖停機(jī)問題對策

方法1：將儲氨器V301液位聯(lián)鎖開啟閥門HV-7106，升級為氨壓縮機(jī)C301A/B排氣壓力或儲氨器V301 液位值（2 選1）聯(lián)鎖開啟閥門HV-7106。方法2：氨壓縮機(jī)C301A/B 啟動(dòng)電流值作為聯(lián)鎖開啟閥門HV-7106 的條件，即儲氨器V301 的PLC 系統(tǒng)一監(jiān)測到氨壓縮機(jī)C301A/B啟動(dòng)，就聯(lián)鎖打開閥門HV-7106，保持出口管路暢通，避免出口憋壓導(dǎo)致壓力升高；調(diào)節(jié)閥門HV-7106的PID參數(shù)，提升閥門HV-7106 的動(dòng)作靈敏性和可靠性，減少因閥門HV-7106動(dòng)作不靈敏導(dǎo)致的憋壓情況。

3.2 聯(lián)鎖停機(jī)后的反復(fù)自動(dòng)啟停問題對策

工程技術(shù)對策：通過工程整改，將液氨罐的壓力值引入到氨壓縮機(jī)的PLC，在自動(dòng)模式下，能實(shí)現(xiàn)選擇液氨罐的壓力值控制氨壓縮機(jī)的啟停。引入罐體的壓力檢測點(diǎn)需遠(yuǎn)離管口的位置，減少吸氣時(shí)對壓力檢測點(diǎn)的干擾。該措施能從根本上解決此問題。

操作優(yōu)化對策：調(diào)整參數(shù)，設(shè)置差幅值＞壓縮機(jī)最小壓差值，調(diào)節(jié)吸氣低壓報(bào)警聯(lián)鎖值，提前降低壓縮的能級。舉例說明：若氨壓縮機(jī)最低負(fù)載10%時(shí)，吸排氣壓差是400 kPa，液氨罐壓強(qiáng)要求控制在750 kPa 以下，則設(shè)置參數(shù)為控制點(diǎn)吸氣壓強(qiáng)500 kPa，控制差幅250 kPa，即吸氣壓強(qiáng)為750 kPa時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)氨壓縮機(jī)，吸氣壓強(qiáng)為250 kPa時(shí)自動(dòng)停止氨壓縮機(jī)。設(shè)置氨壓縮機(jī)吸氣低壓報(bào)警值300 kPa，吸氣低壓聯(lián)鎖停機(jī)值240 kPa，即實(shí)現(xiàn)吸氣壓強(qiáng)降低至250 kPa 時(shí)，壓縮機(jī)已自動(dòng)減載到最低能級運(yùn)行，降低停機(jī)前壓縮機(jī)進(jìn)出口壓差值。該設(shè)置操作，理論上是可以解決聯(lián)鎖停機(jī)后氨壓縮機(jī)的反復(fù)自動(dòng)啟停問題，但存在氨壓縮機(jī)一次性降壓超過400 kPa，壓縮機(jī)組會長時(shí)間運(yùn)行，運(yùn)行成本較高。

其他措施：通過程序設(shè)置1 h 內(nèi)最多允許啟動(dòng)次數(shù)。例如：現(xiàn)狀是每次開停機(jī)間隙是5 min，可延長間隙時(shí)間至20 min，在一定程度上可以減少啟停次數(shù)。這種措施存在一定缺陷，例如特殊工況發(fā)生機(jī)組意外跳停，液氨罐壓力又偏高，在正需要啟動(dòng)氨壓縮機(jī)時(shí)，需要消耗更多時(shí)間才能啟動(dòng)機(jī)組。

3.3 其他問題對策

由于崗位員工擔(dān)心儀表自動(dòng)化設(shè)施不可靠，不愿意選擇自動(dòng)操作模式。例如：若自動(dòng)控制閥門HV-7106關(guān)不死，則存在液氨罐的液氨倒灌進(jìn)入儲氨器V301、氨壓縮機(jī)C301A/B 內(nèi)，產(chǎn)生其他安全風(fēng)險(xiǎn)。故若選擇自動(dòng)操作模式，還需要機(jī)組配套儀表設(shè)施、閥門運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，關(guān)鍵位置的閥門選擇滿足SIL1或SIL2級別的閥門。

4 小結(jié)

結(jié)合實(shí)際操作工況，分析設(shè)備結(jié)構(gòu)原理、控制邏輯，排查原因，是解決類似問題的主要方法。實(shí)測各種操作模式，提前發(fā)現(xiàn)問題，便于在試用期、質(zhì)保期內(nèi)就解決問題，降低后期解決問題的成本。