張 澤

(同煤廣發(fā)化學工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

引 言

運用CO2做氣化劑為生產(chǎn)過程中傳送煤粉是荷蘭殼牌煤制甲醇氣化工藝的一項重要專利技術。通過對汽化爐產(chǎn)生的合成氣進行氣體轉(zhuǎn)換和脫酸處理等操作，進而吸出CO2氣體，再通過CO2壓縮機將吸出的氣體加壓至5.0 MPa～8.0 MPa,并將其重新傳送回氣化爐中。運用這一項技術能夠有效的把氣化爐產(chǎn)生的氣體中的N2含量大幅度降低，使有效氣含量上升，進而降低合成回路的循環(huán)氣量，使其甲醇產(chǎn)量提高，控制整個甲醇裝置的能量消耗情況，故而保障氣化裝置安全穩(wěn)定運行。

1 簡析CO2壓縮機系統(tǒng)

1.1 壓縮機運行方式

型號為低壓缸(2MCL707)+高壓缸(2BCL355),設計工藝技術參數(shù)，設計工藝技術參數(shù)如表1所示。

表1 CO2壓縮機設計工藝技術參數(shù)

用兩路換熱能量回收進行脫酸處理后閃蒸出的CO2氣體，將其由混合氣體調(diào)節(jié)閥PV05009(排放)自動穩(wěn)壓到絕壓(1.02 MPa)，然后將其送至CO2壓縮機入口將壓力降到絕壓(1.015 2 MPa)，經(jīng)低壓缸壓縮、冷卻處理后再將其送入高壓缸進行三段壓縮作業(yè)，再抽取部分CO2氣體作為氣化爐傳送煤粉的載氣置于三段出口處，對剩下的CO2氣體進行冷卻然后送入四段繼續(xù)進行壓縮，最后將其傳送至氣化爐的高壓儲藏罐，為穩(wěn)壓補充調(diào)節(jié)與載氣的儲備提供氣體。

1.2 CO2壓縮機的防喘系統(tǒng)

作為CO2壓縮機工藝系統(tǒng)中的重要組成部分，防喘系統(tǒng)為不斷完善CO2壓縮機的服務功能提供了重要保障作用。喘震問題是由于在氣體傳送過程中，設備的特點與實際情況并不一致，從而造成CO2壓縮機工作狀態(tài)不穩(wěn)定。喘振現(xiàn)象嚴重影響設備運行的的安全可靠性，需要相關技術人員加強對CO2壓縮機防喘系統(tǒng)科學構建的進一步探究，從而保障壓縮機組能夠安全穩(wěn)定進行。從三方面構建防喘系統(tǒng)：1) 根據(jù)設備的特點，建立安全可靠的防喘控制閥；2) 在相關專業(yè)技術人員的指導下建立一定量的防喘控制回路；3) 要想實現(xiàn)壓縮機的集中控制，需要計算機網(wǎng)絡和自動控制技術的支持，并對造成防喘系統(tǒng)狀況的原因進行分析探討[1]。

2 CO2壓縮機防喘失效原因

2.1 CO2壓縮機喘振原因

要對CO2壓縮機出現(xiàn)喘振事故的各種因素進行全面分析，并提出有效的解決措施。喘振事故發(fā)生原因包含以下三點：1) 在減少CO2壓縮機中的氣體流量時，若是產(chǎn)生幅度較大的波動就會影響壓縮機的振動，從而導致喘振事故的發(fā)生；2) 當壓縮機內(nèi)部排氣壓力小于管網(wǎng)氣體壓力時，就會導致壓縮機特性曲線大幅度下降，當CO2壓縮機中有多個運行點正處于喘振區(qū)域內(nèi)時，喘振事故的發(fā)生率就會大幅度提高；3) 在壓縮機使用運行時由于氣體在不同工作段的流通過程中出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，從而產(chǎn)生CO2壓縮機運行失效導致喘振事故的發(fā)生。值得注意的是要時刻關注CO2壓縮機在喘振運行中的管網(wǎng)流量和阻力變化，要保持不同工作段內(nèi)時間的協(xié)調(diào)性，進而減少防止壓縮機喘振事故的發(fā)生，減少對CO2壓縮機的損害。

2.2 壓縮機防喘失效原因

能夠在合適的時間內(nèi)適當?shù)恼{(diào)節(jié)與控制各段工藝的氣體循環(huán)量是在CO2壓縮機各段中設置防喘控制閥的主要目的，是為了防止正在運行的工作點處在喘振區(qū)域內(nèi)。如果某一段工藝的氣體循環(huán)量降低或者CO2壓縮機組出現(xiàn)了喘振現(xiàn)象，應該在合適的時間內(nèi)，立即加大或打開防喘閥，使壓縮機盡快恢復到安全穩(wěn)定的正常運行狀態(tài)。雖然在CO2壓縮機中安裝了三級防喘裝置，但其只能作為系統(tǒng)微調(diào)使用。不管哪一部分的防喘振閥發(fā)生突然加大現(xiàn)象，都會致使壓縮機整體產(chǎn)生喘振。相關工作人員對喘振現(xiàn)象的發(fā)生不知所措，只能暫停使用。

分析壓縮機的工藝流程與使用情況可知，不管什么原因使運行工作點在喘振區(qū)域內(nèi)，都一定會導致因各段防喘閥全部開啟等造成高低壓缸之間出現(xiàn)隔離現(xiàn)象。通過運行工藝參數(shù)方式也能得知，因為打開了高壓缸防喘閥，使高壓氣體發(fā)生回流，造成三段入口實際壓力達到3.0 MPa～3.2 MPa，就遠遠超過低壓缸出口的設計壓力，繼而造成高低兩缸間形成巨大反向壓差。有效處理方法就是快速開啟三、四段調(diào)節(jié)閥使其恢復到之前的工作狀態(tài)。所以造成CO2壓縮機防喘失效的根本原因就是其工藝流程有著嚴重的設計錯誤，將高低缸之間各段防喘回路設計成了孤獨的單一回路，當CO2壓縮機組出現(xiàn)喘振現(xiàn)象時，高壓缸與低壓缸被止逆閥分成兩部分，高低缸的防喘回路不能直接構建整體的壓縮機氣體循環(huán)回路，故而CO2壓縮機在處于事故狀態(tài)中無法恢復到正常使用的穩(wěn)定狀態(tài)[2]。

3 防喘失效表現(xiàn)形式

CO2壓縮機高壓缸采用的是“28”型氣體機械密封，其結構示意圖如圖1和圖2所示。泄漏后會顯示三段機封漏氣壓力警報，使三段密封壓力由3.0 MPa降低至2.4 MPa，隨著泄漏量加大壓力也持續(xù)降低，壓縮機振值波動，控制潤滑油的過濾器壓差變大，其主要性能參數(shù)如表2所示，運作原理如圖3所示。

表2 高壓缸介質(zhì)及主要性能參數(shù)

圖1 “28”型密封

圖2 “28”型氣體機械密封結構示意圖

圖3 力學分析“28” 型氣體機械密封運作原理

4 解決防喘失效的措施

4.1 改進壓縮機防喘系統(tǒng)

優(yōu)化壓縮機防喘系統(tǒng)，使其防喘閥有優(yōu)越的使用效果，應該制定防止壓縮機防喘失效的相關方案。合理的利用修改將高壓缸當中的三段線由原來的三回三形式轉(zhuǎn)變成三回一形式，有效地將其在循環(huán)當中的氣流能夠直接的返回到一段口當中。相關工作人員應提高并且針對性地關注其管線的合理布局，令其在正常的使用當中能夠?qū)⑵錃饬髂軌蛘疹A定的入口當中流動，提高對其型號的控制性，以此來保障其壓力的良好狀態(tài)。調(diào)整低壓缸管線接口在安裝好高壓缸防喘管線的基礎之上，以此保證設置的止逆閥科學有效。面對出現(xiàn)喘振現(xiàn)象發(fā)生時所造成的影響后果，要全面的考慮其防喘系統(tǒng)的實際反映情況并且能夠及時的回復其系統(tǒng)正常的工作狀態(tài)等，提高其安全性及穩(wěn)定性。并根據(jù)實際所發(fā)生情況合理的選擇有效防止防喘失效的相關方案措施，使其能夠全面并有效的發(fā)揮其系統(tǒng)的實際作用，較少其運行當中所發(fā)生的故障錯誤，以此來有效且全面的提升其在實際運用當中的服務水平。這樣可以將高壓缸中的氣體重新導入到CO2壓縮機的入口，形成良好的循環(huán)性[3]。

4.2 增設CCC Vanguard設備

可以通過引入CCC Vanguard設備控制壓縮機內(nèi)部的喘震和出口壓力，達到控制機組實現(xiàn)自動化。該設備可以將原ICS中控發(fā)出的信號分成兩部分，一部分進入CCC系統(tǒng)另一部分仍然進入原ICS系統(tǒng)，通過CCC系統(tǒng)控制ICS系統(tǒng)能夠針對突發(fā)情況迅速做出反應，發(fā)生意外故障時，可以通過額外添加的工程師站進行調(diào)整工作。該系統(tǒng)工作結構圖，如圖4所示。

5 結語

壓縮機的安全設計使用及其運行控制等在生產(chǎn)計劃當中決定著是否能夠順利實施及其成本的良好經(jīng)濟性。為了能夠更好地讓CO2壓縮機在長期的使用當中做到穩(wěn)定且高效的運作狀態(tài)，相關工作人員應該自主的加強在其實際運用得過程當中針對喘振和防喘失效等多方面原因的關注性，使設備有良好的使用效果，不斷優(yōu)化其防喘控制系統(tǒng)，滿足實際生活的多優(yōu)化需求。

圖4 Vanguard系統(tǒng)結構示意圖