氮压机运行工况的调整实践

2022-02-25李新军

冶金动力 2022年1期

张磊，李新军

（陕钢集团汉中钢铁有限公司动力能源中心，陕西汉中 724207）

引言

近年来节能型压缩机广泛应用于工业制造企业中，它以能源利用率高、参数自适应调节等特点、在最大范围内通过调节进气导流叶片角度，使压缩机保持恒定的压力；系统异常情况下通过回流阀控制可以极大地减少能源介质的浪费。通过调节进口导流叶片开度和回流阀的开度，使压缩机始终保持在恒定的压力下进行无级调节运行，但因氮压机前端设备空分塔和氮压机相互间有一定的制约关系，如何调整氮压机运行工况则是保证机组运行效率最大化的关键环节。

氮压机作为制氧工序的后端增压设备，承担着稳定下游工序供气量和供气压力的功能，设备运行的稳定程度直接影响下游设备的正常运转。针对某钢铁企业氮压机在运行过程中频繁卸载、工况不稳等问题进行分析，通过改造达到节能降耗、稳定工况，在实际应用中有一定的指导意义。

1 压缩机系统结构

氮气自空分塔送出后进入氮压机，压缩机入口压力约12 kPa、经过氮压机三级压缩，系统压力升至0.6～0.8 MPa后送入主管网供用户使用。见图1。

图1 离心式加压机系统图

2 压缩机工况简介

压缩机在开机时放空阀、回流阀处于全开位置。设备开机后、设定为自动控制模式；放空阀关闭、压缩机自动跟踪系统设定压力，通过控制进口调节导叶在可调范围内调节进口气量，在到达最小电流设定点后、开始自动关闭回流调节阀，使压缩机保持恒定的排气压力，在回流阀关闭到位后、通过进口导叶继续调节。

因公司主管网采用两套空分装置供气，低压氮气压力约0.7 MPa；因此新增氮压机在投运期间将系统压力设定为0.78 MPa、机组最小电流设定为72 A、最大电流设定为88 A、以保证氮气可以进入公司主管网。

3 故障分析及解决对策

在氮压机加载时、空分出口压力在12～16 kPa波动，氮压机送出气量约5 000 m³（设计12 000 m³），氮压机氮气供应量无法满足空分设备运行工况及下游用户氮气需求量；通过初步分析、认为导致氮压机工作异常的原因可能有两方面原因，一是氮气供应量不足，入口压力过低导致机组运行异常；二是回流阀调节速度与机组不匹配导致机组加载异常，针对这两种分析结论采用了以下措施。

（1）提高机组入口管道通量，将DN300 阀门更换为DN400，确保进气量满足工况要求。

（2）在回流管道上新增旁通阀一台，同时将放空阀改造为调节阀，系统在加载时通过旁通阀和放空阀进行调节，加载后通过放空阀PID 调节稳定送出压力。

改造后机组可以正常起动、手动加载后系统供气量约10 000 m³/h，供气压力0.78 MPa。

系统通过初次改造后稳定运行约15天，但因主管网压力波动时（0.5～0.7 MPa），氮压机再次自动卸载，在开机恢复的过程中机组频繁喘振，无法加载；通过查看曲线，氮压机因进口导叶在打开的过程中速度过快，将入口管道压力抽至1 kPa 左右，机组运行在喘振曲线以下、导致喘振。[1]

通过对氮压机运行情况进行再次分析，机组在加载期间系统需要迅速到达最小电流设定点，之后由回流阀及进口导叶控制系统压力；氮压机喘振主要原因为系统调节速率与设定不匹配导致，[2]因此在综合主管网压力和空分系统运行稳定的条件下采取了如下措施。

（1）将氮压机最小电流由72 A 降低为58 A，最大电流由88 A降低到72 A。

（2）将进气压力联锁点降低至0.88 MPa、放宽喘振带。

（3）将排气压力设定点由0.8 MPa 降低到0.69 MPa。

系统优化完毕后氮压机可以正常加载，加载后系统压力为0.69 MPa，主电机电流由原来的72 A 降低至62 A，空分出口压力稳定在12 kPa、氮气送出流量约11 000 m³/h，通过观察运行24 h，设备运行工况稳定，空分系统与氮压机匹配度满足系统要求。