丙烯压缩机性能不达标问题案例分析

王登 宋亮

（沈阳鼓风机集团股份有限公司 辽宁沈阳 110000）

丙烯压缩机作为一台背压式汽轮压缩机，在具体的聚合工艺当中，能够压缩来自于F301当中的丙烯混合气，进而提升压力，并反馈至聚丙烯高压洗涤塔T301 中进行循环、利用，而这也是丙烯压缩机节降耗的最关键之处。但在此过程中，如何确保压缩机运行正常成为节约运行成本的重点和难点。

1 设备简介

1.1 汽轮机定义、分类

汽轮机又可称之为“透平”，原理是用蒸汽进行做功的旋转式原动机。根据其热力过程，可将其分为凝气式汽轮机、抽气凝汽式汽轮机、背压式汽轮机、多压式汽轮机等［1-3］。

1.2 丙烯压缩机简介

1.2.1 定义、分类

工业生产过程中，常常需要用到带有一定压力的气体，而要输送这类气体，必须用到压缩机［4］。众所周知，气体压强与其单位时间内的气体分子撞机的次数、撞机强烈程度等密切相关，而要增加气体分子运动速度和撞机程度，就必须提升容积当中的气体温度，但在实际工业操作过程中，对于压缩的气体温度要求又不高，这就必须通过压缩机来实现［5］。

目前，最常用的两种压缩机为容积式压缩机、透平式压缩机，前者主要是通过缩小气体容积来实现压力的提高，后者则是利用旋转叶片的做功来实现压力的提高。而从使用性能上来说，容积式压缩机更适宜高压比和中小流量场合中，透平式压缩机则适用于低中压比和大流量场合［6］。

1.2.2 结构

压缩机本体主要分为两大部分，一部分是转动（转子）部分，由主轴、叶轮、平衡盘、推力盘、半联轴节等组合而成；另一部分是定部分，主要由气缸、隔板、推力和径向轴承、轴端密封组合而成。根据其气体流动的线路，可将压缩机划分成若干级，其中，一个级由一个叶轮和与之相配的固定元件构成。压缩机中间级主要包括叶轮、弯道、扩压器、回流器等元件［7］。

2 实际案例介绍

本文所引用的案例的主要问题是性能不达标。具体表现为，丙烯压缩机在项目中运转时，操作人员发现在将丙烯压缩机的机组推至额定工况过程中，压缩机的转速受到了限制。而丙烯压缩机机组的性能不达标，不仅无法满足项目工艺系统要求，甚至还会对项目顺利施行造成严重影响。

本次案例中的丙烯压缩机机组的具体参数为：机组驱动属于背压式的汽轮机驱动，压缩机一段为二级，级间抽气。额定设计工况的转速能够达到8505rpm，其中，一段的进口气量为215 185Nm3/h，进口的压力为0.655MPa（G），进口的温度为10℃，介质气为丙烯，分子量为42.07；抽气的压力为1.275MPa（G），抽气的温度为42.6℃；出口的压力为1.682MPa（G），出口的温度为57.9℃，出口的流量为33 700Nm3/h；机组的额定功率为5430kW［8］。本次案例中所采用的汽轮机，其蒸汽、进气的压力大约在3.8MPa（G），其中，进汽的温度大约维持在（430±15）℃，额定转速为8877rpm，排气的压力大约在1.1MPa（G）左右。

本次案例性能不达标问题的具体描述如下：丙烯压缩机运行过程中，若转速维持设计的正常工况负荷下，汽轮机的主气阀门处于全部打开状态。但若要提丙烯压缩机的负荷到额定工况时，具体的数据与设计参数差距甚大，转速仅能够到达8032rpm，虽然一段的进气量能够达到217 425Nm3/h，进口压力达到0.679MPa（G），进口的温度达到10.4℃，分子量达到42.07；但抽气的压力仅为1.238MPa（G），抽气的温度为41.9℃；出口的压力相较于设计的1.682 更低，仅为1.52MPa（G），出口的温度显示53.1℃，出口的流量显示32 963Nm3/h。

3 性能不达标排查的方向

丙烯压缩机性能出现不达标现象时，最先排查的便是丙烯压缩机和汽轮机具体的设计选型、实际运行的气动和工作效率等情况；其次，再排查实际工艺流程正确与否，以及设备管线和具体运行情况等，以此来解决汽轮机转速不达标的问题［12-15］。具体可从以下几个方面着手进行：一是压缩机设计选型有无问题；二是排查汽轮机的设计选型有无问题；三是科学核算丙烯压缩机的气动功率、性能等；四是工艺的管线方面，设备运行过程中的进口和抽气压力、进口抽气温度、分子量、出口流量等有无问题，控制画面的显示值有无问题；五是排查工艺管路有无泄漏；六是排查蒸汽的品质。

4 导致丙烯压缩机性能不达标的具体原因分析

4.1 工艺设备的各项管线、流量、压力等数值有无问题

本次案例首先排查了工艺的管线、蒸汽管线及设备的进口抽气的压力、流量和温度等，结果显示设备的各项安装均符合要求，且仪表也无遗漏情况；按照要求排查了设备的控制系统，结果显示无问题；数据核算设备运行时所显示的温度、压差和压力，其结果和控制画面上的结果基本相同。

4.2 压缩机设计选型有无问题

本案例在发现问题时，便及时与设备设计的厂商进行沟通联系，经过科学的核算，结果显示丙烯压缩机在设计选型上也并不存在任何问题，且设计结构也比较合理，基本符合设计规范和使用要求。

4.3 不同运行工况核算结果对比

本案例选取了3 种运行工况来进行核算，结果显示各段的入口套件和运行值的结果基本一致，分子量和设计值基本一致，详见表1至表3。

表1 第一种运行工况核算结果对比

表3 第三种运行工况核算结果对比

从表中可以看出，在确保机组转速、一段入口参数等基础之上，计算出来的压缩机出口抽气压力、温度等与运行时的数据十分接近。但在实际运行过程中，各段出口的温度较计算出来的数值要略高。造成这一结果的原因可能是由于机组在进行内部循环时，有微量泄漏，但对整个机组的性能来说，这一点影响可忽略不计。

从工况1运行过程中所返回的画面来看，2返1防喘振阀们的开度显示为5%，而防喘振阀们的微量开度使得压缩机的出口背压有所下降，从而出现泄压作用，因此，压缩机的二段出口压力较实际压力要略高。

本案例针对3种工况进行了3种核算，结果均显示压缩机的实际运行情况和核算结果基本吻合，并没有出现压缩机性能偏差的问题，但因汽轮机转速不能够提升，从而导致压缩机入口的流量和压比相较额定功率有一定差距。因此，本案例猜测：蒸汽品质达标与否、蒸汽管道有无节流、汽轮机的设计结构。

（1）通过各段所显示出来的压力和压差数值结果显示，气管路并不存在堵塞或者泄漏的现象。

（2）在对蒸汽条件进行排查以后，画面显示出来的参数在要求的范围之内，而汽轮机的叶轮有无结垢在一定程度上也会导致设备工作效率下降、耗气量增加，但要检查此项，需确保主汽阀门全开，因此，只能待下一步停机拆检验证。

（3）核查汽轮机的设计结构，结构显示合理，并对其前期所提交上来的汽轮机设计参数进行复查，结果显示与汽轮机最初设计提供的参数基本接近。而在实际操作中，汽轮机运行的功率较压缩机运行的功率要大上1000kW，但因转速无法达到额定的转速，因此，从理论上无法解释这一情况，计划下一步检查蒸汽的品质或停机拆检机组。

表2 第二种运行工况核算结果对比

5 结语

丙烯压缩机负荷无法达到额定的工况不仅会影响到整个工期的推进，甚至还会埋下安全隐患。因此，检修过程中，要逐条分析原因，并对丙烯压缩机、汽轮机等进行气动、效率、能耗等方面的核算，若有必要，也可开展第三方检测进行验证，进而查明影响性能的原因，寻求最佳整改措施，大幅提升机械设备运转效益，节约原材料，降低成本，保证经济效益和社会效益。