合成气压缩机防喘振系统波动原因分析

张建明

(大庆石化工程有限公司, 黑龙江省 大庆市 163714)

1 流程概述

净化后的合成气经过合成气压缩机入口分离器(104-F)分离水分后进入合成气压缩机(103-J)低压缸进行压缩。低压缸出口气体依次经过三个中间冷却器(136-C、116-C、129-C)的管侧，分别被去甲烷化的工艺气、冷却水和氨冷冻剂冷却。从129-C出来的气体被冷却到10 ℃，然后，进入段间高压缸入口分离器(105-F)将冷凝下来的水分离出来。气体从105-F出来后进入分子筛系统。

分子筛系统中109-DA/DB采用并联操作，运行周期为48 h。在一台运行时，另一台用20.5 h再生、3.5 h冷却降温备用。

从109-D出来的合成气被引到103-J的二段吸入口，合成气在103-J的高压缸被压缩，压力提高到13.021 MPa；然后在缸内最后一级叶轮入口与来自换热器120-C的低温循环气混合，被继续压缩到14.101 MPa，再经169-F分离油液后送往合成塔。

169-F的下游，设有冷却水换热器(134-C)，作用是冷却返回103-J循环高压缸和循环缸的防喘振循环气。防喘振循环气被冷却水冷却后，经过循环气调节阀FV-8和FV-15，再回到103-J循环高压缸，完成整个循环。103-J高压循环段防喘振装置由FRC-15控制调节阀实现。

防喘振的控制方式，设置有自动、半自动和手动三种方式。自动方式下，喘振控制输出为自动控制输出。在手动方式下，输出阀位由操作人员手动输出。半自动状态下，手动控制值与喘振控制输出值选高值输出。

2 波动现象

2019年8月16日04:12，合成装置103-J防喘阀FRC7出现波动前的相关参数如下：

负荷99%，PRC4压力 2.29 MPa，103J转速10 285 r/min，PRC25压力4.06 MPa， FRC7、 FRC8和FRC15阀位都是0, 流量(标准状态， 下同)分别为159.7 km3/h、 146.8 km3/h和613.8 km3/h, 低压缸出口压力PR1032指示为6.23 MPa。

04:14:57，FRC7流量先开始波动，由161.5 km3/h上升到171.7 km3/h， 04:15:00又上升到196.3 km3/h，现场确认FRC-7阀门未开。

04:15:01，FRC8流量从正常值146.8 km3/h下降到130.2 km3/h。

04:15:04，FRC8阀位从0开到41%(用时3 s)。

04:15:04，FRC7流量从189.1 km3/h下降到174.0 km3/h，与此同时FRC7阀门开启，至04:15:11阀位开到71%。

04:15:08，FRC8流量上升到167.1 km3/h，阀门开度开始自动减小，至04:16:48，完全关闭，用时100 s。

04:15:11， FRC7流量从174.0 km3/h上涨到185.1 km3/h， 阀门开度开始自动减小， 至04:17:08完全关闭。

波动趋势如图1所示。

图1 波动趋势

3 FRC7和FRV8打开原因分析

对比趋势图及相关数据可以发现：

1) 4:14:57， AFIA7(103-J一段出口流量)最先上涨，随后API 1032(103-J低压缸出口压力)及AFIA8(103-J高压缸入口流量控制)同时下降。

2) RFV8(FRC8阀位)4:15:02从0%瞬间开到24.87%；4:15:03，又从24.87%瞬间开到41.78%。

3) RFV7(FRC7阀位)4:15:05从0%瞬间开到13.39%；4:15:06，又从13.39%瞬间开到22.07%；4:15:09，从22.07%瞬间开到44.6%；4:15:011，又从44.6%瞬间开到71.39%。

3.1 FRC8(103-J高压缸入口流量控制)打开原因

FRC8波动趋势见图2。FRC8波动数据见表1。

从图2和表1可以看出：4:15:01， FRC8的工作点的坐标为(56.24，2.26)，位置在防喘线的右下方，但是已经非常接近防喘线；4:15:02 FRC8的工作点的坐标为(50.36，2.31)，此时的位置已经移动到防喘线的左上方，进入防喘线内，FRC8瞬间开到24.87%；至4:15:07 该阀位已开到41.29%，此时FRC8工作点坐标为(77.7，2.25)，已经移出防喘区进入防喘线右下方，FRC8开始自动关阀。同时，由于工作点未进入喘振线左侧，所有喘振计数显示为0。

图2 FRC8波动趋势

表1 FRC8波动数据表

3.2 FRC7(103-J低压缸压缸入口流量控制)打开原因

FRC7波动趋势见图3。FRC7波动数据见表2。

从图3和表2可以看出：FRC7流量从4:14:57时的151.5 km3/h开始上升，至4:15:02达到192.97 km3/h，在4:15:03下降到189.16 km3/h，又在4:15:05下降到174.69 km3/h，工作点迅速向左移动。由于盘旋点移动较慢，造成工作点与盘旋点距离过近，触发防喘阀FRC7自动打开。其后FRC7阀位自动打开时，均为工作点与盘旋点距离过近造成的。同时，由于工作点未进入喘振线左侧，所有喘振计数显示为0。

4 波动原因

通过上述分析可以看出，从4:14:57开始，AFIA7(103-J一段出口流量控制)流量上升，FR40(入103-J新鲜气量)上涨，同时FIA8(103-J高压缸入口流量控制)及API 1032(103-J低压缸出口压力)下降。

图3 FRC7波动趋势

表2 FRC7波动数据表

2019年8月13日负荷为98.84%，当天API 1032为6.01 MPa，8月16日4:14:57波动开始时，API 1032为6.29 MPa，尽管该值低于105-F安全阀起跳压力7MPa(回跳压力6.6 MPa)， 但是考虑原来一直有漏量， 所以怀疑105-F出口安全阀在压力较高时(即6.29 MPa时)起跳。从FR40的上涨时间来看， 安全阀从开启到关闭历时7 s。

8月29日，将怀疑起跳的105-F出口安全阀拆下送至乙烯安全阀维修班进行维修，在维修前打压时，安全阀在压力达到6.3 MPa时起跳(正常整定起跳值7 MPa)。而8月16日，API 1032(记录的最高压力为6.29 MPa，由此可以判断，此安全阀在当日起跳。

5 结束语

通过对合成气压缩机防喘系统波动现象进行详细分析，找出了引起机组喘振系统波动的根本原因。将上述分析结论应用于日常操作，可在系统出现波动时及时做出判断，避免造成生产事故，保证合成氨装置的长周期运行。