CO2压缩机防喘失效原因与措施

张 泽

(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037000)

引 言

运用CO2做气化剂为生产过程中传送煤粉是荷兰壳牌煤制甲醇气化工艺的一项重要专利技术。通过对汽化炉产生的合成气进行气体转换和脱酸处理等操作，进而吸出CO2气体，再通过CO2压缩机将吸出的气体加压至5.0 MPa～8.0 MPa,并将其重新传送回气化炉中。运用这一项技术能够有效的把气化炉产生的气体中的N2含量大幅度降低，使有效气含量上升，进而降低合成回路的循环气量，使其甲醇产量提高，控制整个甲醇装置的能量消耗情况，故而保障气化装置安全稳定运行。

1 简析CO2压缩机系统

1.1 压缩机运行方式

型号为低压缸(2MCL707)+高压缸(2BCL355),设计工艺技术参数，设计工艺技术参数如表1所示。

表1 CO2压缩机设计工艺技术参数

用两路换热能量回收进行脱酸处理后闪蒸出的CO2气体，将其由混合气体调节阀PV05009(排放)自动稳压到绝压(1.02 MPa)，然后将其送至CO2压缩机入口将压力降到绝压(1.015 2 MPa)，经低压缸压缩、冷却处理后再将其送入高压缸进行三段压缩作业，再抽取部分CO2气体作为气化炉传送煤粉的载气置于三段出口处，对剩下的CO2气体进行冷却然后送入四段继续进行压缩，最后将其传送至气化炉的高压储藏罐，为稳压补充调节与载气的储备提供气体。

1.2 CO2压缩机的防喘系统

作为CO2压缩机工艺系统中的重要组成部分，防喘系统为不断完善CO2压缩机的服务功能提供了重要保障作用。喘震问题是由于在气体传送过程中，设备的特点与实际情况并不一致，从而造成CO2压缩机工作状态不稳定。喘振现象严重影响设备运行的的安全可靠性，需要相关技术人员加强对CO2压缩机防喘系统科学构建的进一步探究，从而保障压缩机组能够安全稳定进行。从三方面构建防喘系统：1) 根据设备的特点，建立安全可靠的防喘控制阀；2) 在相关专业技术人员的指导下建立一定量的防喘控制回路；3) 要想实现压缩机的集中控制，需要计算机网络和自动控制技术的支持，并对造成防喘系统状况的原因进行分析探讨[1]。

2 CO2压缩机防喘失效原因

2.1 CO2压缩机喘振原因

要对CO2压缩机出现喘振事故的各种因素进行全面分析，并提出有效的解决措施。喘振事故发生原因包含以下三点：1) 在减少CO2压缩机中的气体流量时，若是产生幅度较大的波动就会影响压缩机的振动，从而导致喘振事故的发生；2) 当压缩机内部排气压力小于管网气体压力时，就会导致压缩机特性曲线大幅度下降，当CO2压缩机中有多个运行点正处于喘振区域内时，喘振事故的发生率就会大幅度提高；3) 在压缩机使用运行时由于气体在不同工作段的流通过程中出现堵塞现象，从而产生CO2压缩机运行失效导致喘振事故的发生。值得注意的是要时刻关注CO2压缩机在喘振运行中的管网流量和阻力变化，要保持不同工作段内时间的协调性，进而减少防止压缩机喘振事故的发生，减少对CO2压缩机的损害。

2.2 压缩机防喘失效原因

能够在合适的时间内适当的调节与控制各段工艺的气体循环量是在CO2压缩机各段中设置防喘控制阀的主要目的，是为了防止正在运行的工作点处在喘振区域内。如果某一段工艺的气体循环量降低或者CO2压缩机组出现了喘振现象，应该在合适的时间内，立即加大或打开防喘阀，使压缩机尽快恢复到安全稳定的正常运行状态。虽然在CO2压缩机中安装了三级防喘装置，但其只能作为系统微调使用。不管哪一部分的防喘振阀发生突然加大现象，都会致使压缩机整体产生喘振。相关工作人员对喘振现象的发生不知所措，只能暂停使用。

分析压缩机的工艺流程与使用情况可知，不管什么原因使运行工作点在喘振区域内，都一定会导致因各段防喘阀全部开启等造成高低压缸之间出现隔离现象。通过运行工艺参数方式也能得知，因为打开了高压缸防喘阀，使高压气体发生回流，造成三段入口实际压力达到3.0 MPa～3.2 MPa，就远远超过低压缸出口的设计压力，继而造成高低两缸间形成巨大反向压差。有效处理方法就是快速开启三、四段调节阀使其恢复到之前的工作状态。所以造成CO2压缩机防喘失效的根本原因就是其工艺流程有着严重的设计错误，将高低缸之间各段防喘回路设计成了孤独的单一回路，当CO2压缩机组出现喘振现象时，高压缸与低压缸被止逆阀分成两部分，高低缸的防喘回路不能直接构建整体的压缩机气体循环回路，故而CO2压缩机在处于事故状态中无法恢复到正常使用的稳定状态[2]。

3 防喘失效表现形式

CO2压缩机高压缸采用的是“28”型气体机械密封，其结构示意图如图1和图2所示。泄漏后会显示三段机封漏气压力警报，使三段密封压力由3.0 MPa降低至2.4 MPa，随着泄漏量加大压力也持续降低，压缩机振值波动，控制润滑油的过滤器压差变大，其主要性能参数如表2所示，运作原理如图3所示。

表2 高压缸介质及主要性能参数

图1 “28”型密封

图2 “28”型气体机械密封结构示意图

图3 力学分析“28” 型气体机械密封运作原理

4 解决防喘失效的措施

4.1 改进压缩机防喘系统

优化压缩机防喘系统，使其防喘阀有优越的使用效果，应该制定防止压缩机防喘失效的相关方案。合理的利用修改将高压缸当中的三段线由原来的三回三形式转变成三回一形式，有效地将其在循环当中的气流能够直接的返回到一段口当中。相关工作人员应提高并且针对性地关注其管线的合理布局，令其在正常的使用当中能够将其气流能够照预定的入口当中流动，提高对其型号的控制性，以此来保障其压力的良好状态。调整低压缸管线接口在安装好高压缸防喘管线的基础之上，以此保证设置的止逆阀科学有效。面对出现喘振现象发生时所造成的影响后果，要全面的考虑其防喘系统的实际反映情况并且能够及时的回复其系统正常的工作状态等，提高其安全性及稳定性。并根据实际所发生情况合理的选择有效防止防喘失效的相关方案措施，使其能够全面并有效的发挥其系统的实际作用，较少其运行当中所发生的故障错误，以此来有效且全面的提升其在实际运用当中的服务水平。这样可以将高压缸中的气体重新导入到CO2压缩机的入口，形成良好的循环性[3]。

4.2 增设CCC Vanguard设备

可以通过引入CCC Vanguard设备控制压缩机内部的喘震和出口压力，达到控制机组实现自动化。该设备可以将原ICS中控发出的信号分成两部分，一部分进入CCC系统另一部分仍然进入原ICS系统，通过CCC系统控制ICS系统能够针对突发情况迅速做出反应，发生意外故障时，可以通过额外添加的工程师站进行调整工作。该系统工作结构图，如图4所示。

5 结语

压缩机的安全设计使用及其运行控制等在生产计划当中决定着是否能够顺利实施及其成本的良好经济性。为了能够更好地让CO2压缩机在长期的使用当中做到稳定且高效的运作状态，相关工作人员应该自主的加强在其实际运用得过程当中针对喘振和防喘失效等多方面原因的关注性，使设备有良好的使用效果，不断优化其防喘控制系统，满足实际生活的多优化需求。

图4 Vanguard系统结构示意图