制氢站焦炉煤气压缩系统的完善及优化

2013-12-06张宝强赵家龙

冶金动力 2013年2期

张宝强，赵家龙，杨兵

（马鞍山钢铁股份有限公司第二能源总厂，安徽马鞍山 243000）

1 前言

为满足炼钢板坯切割工艺的需求，马钢第二能源总厂制氢站配置了2台K S 31 L T X型螺杆压缩机，属容积型旋转式压缩机，工作原理是通过工作容积的减少来提升煤气压力的，根据需要，通过设定参数可将煤气压力提升至0.8～0.85M Pa。经过2年多的运行，由于设备设计制造等方面的缺陷，压缩机出现不同程度的问题，影响了产品煤气的质量。

2 制氢站压缩系统工艺介绍

具体工艺为TSA净化后焦炉煤气通过入口过滤器除去焦炉煤气中的尘埃杂质，进入压缩机的吸气腔进行压缩，压缩过程中焦炉煤气与润滑油混合，经压缩后的油气混合物被排入到压缩机机组的油回收槽中进行冷却，再进入油槽两端的过滤器进行一次分离，含少量油的焦炉煤气再依次经过煤气冷却器、排液分离器进入缓冲罐，通过新增的除油过滤器对煤气中的油进行二次分离，最终将干净煤气送往炼钢用户及200#预处理工序。

3 压缩机控制系统的完善和优化

3.1 存在问题

压缩机PLC控制柜内部除采用了简单的双电源并联输出（非冗余设计）外，CPU及其内部通讯模块均未采用冗余设计，CPU与触摸屏通过D P方式连接，但在线数据的读取及控制均未以以太网的形式连接到现场DCS控制系统中。实际操作时，压缩机启动、停止、紧急停机仅限在控制柜或现场机旁操作箱上完成，数据只能在触摸屏上查询，且趋势曲线记录只有15min，报警记录的数量也有限，这给运行人员监控压缩机运行及采集数据带来不便。

3.2 完善、优化措施及效果

采用点对点通讯方式连接备用压缩机，在线通过读取P L C程序后并参考厂家提供的通讯数据表，对各个工艺测点（模拟量和开关量）与触摸屏上数据进行比对，整理出所有测点内部地址。用H M I组态软件（WinCC 6.0版）绘制工艺、趋势、PID、设定值及光字牌画面，并按工艺需求添加所需测点及趋势曲线。

改造完成后，位于操作台上的人机界面从PLC内部读取所有数据，采用与触摸屏基本相同的工作模式，完全实现了控制方式从控制盘移植到中控室D C S系统。现在，运行人员只需把画面切换至压缩机画面，就能对压缩机的运行状况进行监控，数据采集也很方便，曲线及报警信息的记录时间可以保存3个月或更长时间。

42#螺杆压缩机液压系统内漏的分析及处理

4.1 存在问题

2#机组自投运以来，控制油液位持续下降，根据压缩机在2007年10月和11月40多天的数据分析，压缩机每运行24h平均漏油8L左右。据不完全统计，补充控制油约700多升。

4.2 原因分析

现场无油泄漏的痕迹，根据油回收槽液位的数据统计，初步判断2#机控制油可能泄漏至气缸，与润滑油、煤气形成的混合物一起回到油回收槽。通过试验表明，控制油泄漏主要发生在1级、2级滑阀动作幅度比较大的情况。后经解体检测，发现部分部件组装时公差较大，是导致控制油内漏的主因。

4.3 整改及效果

针对2#压缩机控制油内漏问题，厂方几次对压缩机滑阀进行检查，更换周围部件的密封件、一级滑阀内密封环的O型圈、金属环及环盖，问题未得到解决，通过施加油压的方法对怀疑漏油的密封处检查，初步断定泄漏点在第一段密封处。

2011年7月，对压缩机解体检查，发现低压段液压缸底部密封环盖压盖面有加工遗留的凸点，滑阀驱动轴轴向有微小的伤痕，再次更换了密封材料及滑阀驱动轴，低压处密封环盖压盖重新加工，降低油回收槽的液位，试运行发现控制油液位仍然以0.3 L/h的速度下降，问题依然存在。通过与厂方技术交流，12月初对压缩机本体进行了大修，更换高压、低压侧的液压缸、机械密封、活塞密封、轴承、气缸及密封用的O型密封圈。压缩机运行至今控制油液位无明显下降，内漏问题得到解决。

5 出口煤气气液夹带严重的分析及处理

5.1 存在问题

自投运以来，用户多次反映切割煤气质量不合格，经常堵塞烧嘴，通过跟踪200#预处理系统进、出后的煤气质量，发现200#填料已失效。

5.2 原因分析

注油螺杆压缩机中，压缩气体的同时，大量的油被喷入压缩机的齿间容积，这些油与煤气形成油气混合物，在经历压缩和排气过程后，被排到机组的油气分离器中，为了降低排气中的含油量和循环使用润滑油，必须有效的利用油气分离器把润滑油从气体中分离出来。煤气出口含油量过高的原因有以下几点：

（1）排气温度和压力过高，润滑油的饱和蒸汽压过高。在压缩煤气与润滑油形成的油气混合物中，润滑油以气相和液相两种形式存在，处于气相的润滑油是由液相的润滑油蒸发所产生的，其数量的多少除取决于油气混合物的压力和温度外，还与润滑油的饱和蒸汽压有关。油气混合物的压力和温度愈高，则气相的油愈多；饱和蒸汽压愈低，则气相的油愈少。气相油与其他气体类似，无法用机械方法予以分离，只能用化学方法清除。

（2）缺少二次油分离装置。喷油螺杆压缩机工艺设计时，气路系统中，要求被压缩煤气经过入口过滤器出去煤气中的尘埃、杂质后，进入压缩机的吸气腔，在压缩的过程中与润滑油混合，经压缩后的油气混合物被排入到一次油分离器中，在经过二次油分离器进一步分离后，把洁净的煤气送到下游用户。油路系统中，润滑油经过温控阀进入油冷却器，再经过油过滤器除去杂质微粒后，大多数的润滑油被喷入压缩机的压缩腔，其余润滑油分别通向轴承、轴封等处，起到润滑、密封的作用。最后，所有的润滑油均与被压缩气体一起排入一次油分离器中，分离出大多数的润滑油，以便循环使用。在二次油分离器中分离出少量的润滑油，也被引回到吸气侧的低压处。

5.3 改造思路及效果

降低排气含油量的方法之一是，降低排气压力和温度，在实际工况中，出口煤气压力设计是根据工艺要求的，排气温度不允许低到水蒸气被冷凝的程度；方法之二是，采用饱和蒸汽压较低的润滑油，如合成油和半合成油，具有相当低的饱和蒸汽压，特性稳定，不易挥发，能达到更高的粘度。最有效的方法是增加二次除油装置。查阅相关资料发现以超细玻璃纤维为材料的除油过滤器，效果佳、寿命长、压降小，这类过滤元件可以使气体中的含油量降至（5～10）×10-6m3。

为保障产品煤气质量，延长200#预处理塔填料的使用寿命，经讨论决定在切割气管道上增加一套除油装置，2008年10月利用炼钢停产检修机会，在焦炉煤气缓冲罐的出口管道上增加了两台除油过滤器，在实际运行过程中效果明显。