冷剂压缩机流量异常案例分析

王利勇

（沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁沈阳 110869）

1 问题描述

机组两段6 级，汽轮机拖动，齿轮箱增速，压缩机设计转速11 325 r/min，气体组分由N2（15.31%）、CH4（37.47%）、C2H4（24.30%）、C3H8（15.92%）、IC5H12（7.01%），平均分子量29.19，单段防喘振（一回一、二回二）。一段进口流量41 895 Nm3/h，进口压力0.462 MPa（a.），进口温度8.38 ℃，一段出口压力1.216 MPa（a.），出口温度71.7 ℃；二段进口流量41 895 Nm3/h，进口压力1.181 MPa（a.），进口温度40 ℃，二段出口压力2.824 MPa（a.），出口温度102.1 ℃。

设计转速下，一段流量42 528 Nm3/h（一回一防喘振阀门开度27%），低于设计流量；二段流量57 286 Nm3/h（二回二防喘振阀门关闭），大于一段流量，压缩机上游气源量48 000 Nm3/h。二段出口压力1.611 MPa（G.）左右，未达到设计出口压力的2.824 MPa（a.），一段工作点已在防喘振线附近，没有调节裕度。电机转速已接近额定转速，机组轴系各振动、温度均正常。

2 排查方向

首先解决一段和二段流量不匹配问题，确保流量显示准确后，通过工艺调节观察一段运行点情况及电机超电流问题，为此采用倒推法，具体如下：

（1）排查流量计处测试管线及仪表，如有必要更换新差压变送器。

（2）排查控制系统内流量参数设定、控制逻辑、流量计算公式。

（3）排查测点前后工艺管线上是否存在堵塞以及抽、加气情况。

（4）排查机组性能是否达标，如有必要排查缸体内情况。

3 原因分析

（1）通过现场排查流量计处整个测试管线及仪表，没有发现有漏气或堵塞现象，安装情况满足设计要求。流量计的设计及选型满足设计规范及使用要求。将一段流量计及二段流量计上差压变送器进行更换，显示流量与更换前基本一致，证实现场流量差压变送器显示值无误。

（2）现场确认控制系统内流量参数与流量计规格书一致。核算确认：控制系统系统内流量计算公式、防喘振计算公式无问题。机组正在运行，不能确认流量计元件内部是否存在问题，导致气流通过流量计后，造成差压值不准确。

（3）通过运行趋势及现场一次表，测点前后工艺气管路没有堵塞的迹象，尤其管道过滤器，就地压力表显示的差压在正常范围。根据运行数据及实测组分，理论核算流量值基本接近画面显示值。该机组设计上为一回一及二回一防喘振，中间没有抽加气工艺，且气体中没有液体析出。画面显示一段防喘振阀门处于开启状态，二段防喘振阀门处于关闭状态，现场检查各工艺管线旁路阀门、喘振阀旁路阀门处于关闭状态，实际是否发生内漏待停机检测。

（4）根据目前运行情况理论核算，由于一段和二段流量不一致，使用一段和二段流量值分别进行理论核算，结果与目前实际的出口条件均不一致，由此可以得出压缩机目前一段和二段的流量数值均不准确；确认压缩机设计上不存在问题，电机选型不存在问题，电机功率在设计上仍有余度，而实际运行过程中电机发生了超设计电流情况，判断机组目前应该在超设计工况下运行。由于装置下游“冷箱”工艺为设计的30%，压缩机出口压力无法提升。现状下可以通过调节压缩机与下游装置间的“节流阀”憋压（正产投产不应该通过此节流阀调节），检验压缩机性能。

采用将压缩机出口节流憋压的方式，测试压缩机出口压力是否达标。将压缩机出口节流阀开度渐收,电机转速提升至最大转速，一段喘振阀配合着渐开以保证一段喘振点在安全区域内。最终出口节流阀开度降至40%，一段防喘振阀开度升至65%，出口压力达到2.636 MPa（G.），基本达到了设计压比。在此工况点机组各轴系振动、温度均正常，气源分子组分基本接近设计值，但电机电流偏大，电机定子温度偏高，压缩机温升在设计范围，二段流量高于一段流量约8000 Nm3/h。通过测试确认，压缩机本体性能没有问题，所以压缩机缸体不用拆检查看。

通过多方分析和排查，最终将疑点锁定如下两个方面：一是一段流量计测试元件本身有问题，气流通过该流量元件产生的差压值偏小25%左右；二是二段喘振阀门在关闭状态时存在泄漏，或二段喘振阀旁路阀门存在泄漏。

4 改进方案

（1）对压缩机一段入口流量计及喘振线进行修正。在征得用户同意的前提下，根据压缩机上游来料流量对压缩机一段入口流量进行修正。根据实测数据比较，将压缩机一段入口流量差压变送器量程从（0～6 kPa）在控制系统内改为（0～12 kPa），此时在不同工况下，压缩机一段入口流量基本与压缩机上游来料气流量吻合。

在修正压缩机一段流量后为保证机组控制系统内防喘振线有效投用，对一段防喘振系统进行实测及修正。实测过程需非常缓慢进行，观察振动情况，若机组出现喘振现象则立刻停止压力调节，迅速打开防喘振阀，在试验过程中，注意观察所有机械运转的测试数据保证机组平稳正常运行。在修改完防喘振线后，在DCS 上位机人为修改工况点状态对防喘振系统进行模拟测试，各项防护措施基本达到预期目标。

（2）停机检修期间，对压缩机各防喘振阀及其旁路阀门是否有内泄漏的情况。最终发现：二段防喘振旁路阀门严重内漏，遂更换新的防喘振旁路阀门。重新启机，达到额定转速后，在一、二段防喘振阀全关情况下，机组运行画面显示一段流量已达到量程最大值65 000 Nm3/h，远大于二段流量显示值。目的根本原因可以判定：二段防喘振旁路阀内泄漏造成的，且二段防喘振阀旁路阀回流量大，约为15 000 Nm3/h。而一段流量计本身、原始喘振线设置均无问题。此时一段流量示值65 000 Nm3/h 是由更改控制系统内流量计量程所致。故需要将一段流量计参数及防喘振线改回原始条件。

5 改进效果

（1）将控制系统内一段流量计量程调回原始状态，将喘振线改回原始曲线。再次启机，防喘振阀全关情况下，一段、二段流量值基本一致，且与上游来料气源流量基本一致；一段、二段运行点位置正常，一段运行点会远离防喘振线。装置下游工艺“冷箱”负荷增加，压缩机二段出口压力持续稳定升高。此时电机电流降至正常值。

（2）对压缩机进行实测性能，对比原设计性能曲线，检验机组性能。通过现场实测数据、结果及性能曲线的分析，在无阀门内漏的情况下，机组性能已达到设计要求，无须再对各项系统内的参数及喘振线进行修改。

6 结束语

机组在投运期间出现喘振点异常、流量异常、运行点贴近防喘振线、电机电流超设计值问题，原因为二段喘振阀旁路阀内泄漏所致。因二段防喘振阀旁路阀回流量大，增加二段入口流量及二段功率，二段运行点远离防喘振线，此状态下二段入口管网阻力增大，导致一段显示流量值偏小，工作点靠近防喘振线，没有调节空间。由于一段防喘振阀开度较大且实际二段防喘振阀回流量也很大，导致电机电流超设计值的情况发生。

在制冷剂压缩机刚启机的阶段，系统冷箱持续降温，在此期间需要不断向循环内补如各制冷剂，慢慢调节各制冷剂的配比。在补液相制冷剂（丙烷、异戊烷等）时，建议采用少量、短时、多次的方式，与轻分子量气相冷剂（甲烷、乙烯等）配合着交替补入。有条件的情况下建议打开压缩机入口管线的电伴热装置。如上操作可以有效防止因压缩机入口气源带液，导致转子叶轮带液，影响压缩机转子的动平衡，从而导致轴振动大而连锁跳车。冷箱负荷也时影响压缩机出口压力的因素之一：冷箱负荷低于设计，对于压缩机来说管网阻力小；冷箱提升负荷，管网阻力增大，对压缩机二段出口压比的建立能起到积极作用。