劉冰，王皓，余雄偉 (新疆克拉瑪依獨(dú)山子石化公司信息網(wǎng)絡(luò)公司，新疆 克拉瑪依 833699)

1 工藝流程簡介

化工新區(qū)配有火炬排放系統(tǒng)?；鹁鏆庵饕煞质潜?、異丁烯、乙烯、乙烷及氮?dú)?。面對國家日益?yán)峻的火炬及火炬氣排放相關(guān)的環(huán)境問題，采取措施對火炬氣進(jìn)行“回收利用”，降低直接火炬排放。為了有效回收排放的火炬氣，公司建設(shè)了一套火炬氣回收系統(tǒng)?；鹁鏆饣厥諝庀到y(tǒng)是將廢氣壓縮并輸送至乙烯裝置裂解爐、焚燒爐等裝置或單元的燃料系統(tǒng)以重新利用[1]。火炬氣回收氣系統(tǒng)包含兩臺壓縮機(jī)及出口緩沖罐。

圖1 火炬氣回收氣系統(tǒng)工藝流程圖

2 壓縮機(jī)工作原理簡介

火炬氣壓縮機(jī)選用Garo雙極型液環(huán)壓縮機(jī)，由電動機(jī)驅(qū)動。壓縮機(jī)采用兩級泵體，一個雙葉型的葉輪，一個錐形氣體分配器。葉輪的兩個相鄰葉片形成一個密閉空間，在葉輪每轉(zhuǎn)形成兩個同步對稱的壓縮循環(huán)。氣體被兩級壓縮提升壓力，然后通過錐體法蘭的兩條狹槽縱向釋放出去。由于壓縮機(jī)是液環(huán)壓縮機(jī)，需要通過端蓋上沿軸線的法蘭處輸入密封液。為了排出壓縮熱能并且補(bǔ)償隨壓縮氣體一起排出的部分液體，密封液需要不斷添加。密封液最后進(jìn)入了氣液分離器[2]。

3 壓縮機(jī)控制系統(tǒng)簡介

控制系統(tǒng)采用就地PLC控制，PLC實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的啟動、停機(jī)聯(lián)鎖、負(fù)荷控制、壓力控制等功能。配有液晶顯示面板，面板上可以顯示壓縮機(jī)的流程畫面、運(yùn)行參數(shù)、操作界面、報警信息等內(nèi)容。PLC將壓縮機(jī)相關(guān)的控制參數(shù)、報警信息等數(shù)據(jù)通過RS485通信至DCS系統(tǒng)。兩臺壓縮機(jī)的控制和聯(lián)鎖關(guān)系都是相同的[3]。

4 壓縮機(jī)主要控制

4.1 壓縮機(jī)入口壓力及負(fù)荷控制

壓縮機(jī)入口安裝一臺智能壓力變送器用于監(jiān)控壓縮機(jī)入口壓力，為保證壓縮機(jī)入口壓力工作在合適壓力范圍0.5 kPa至5 kPa內(nèi)，壓縮機(jī)廠家設(shè)計了壓縮機(jī)出口返入口的管線，管線安裝了一臺回流調(diào)節(jié)閥，用于控制壓縮機(jī)入口壓力。為了防止壓縮機(jī)入口壓力長時間低于0 kPa導(dǎo)致壓縮機(jī)損壞，壓縮機(jī)廠家設(shè)置了入口壓力低于0 kPa并保持80 s以上，機(jī)組將聯(lián)鎖停機(jī)。

壓縮機(jī)處于停機(jī)時，回流調(diào)節(jié)閥被強(qiáng)制在全關(guān)位置。按下開機(jī)按鈕，PLC接收到電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號后，回流調(diào)節(jié)閥閥位強(qiáng)制邏輯取消。4 s后，壓縮機(jī)負(fù)荷控制根據(jù)入口壓力做自動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍限制在84.85%～100%之間。如果壓縮機(jī)負(fù)荷控制穩(wěn)定在84.85%且持續(xù)10 s，即通過降負(fù)荷仍然不能控制穩(wěn)定入口壓力，回流調(diào)節(jié)閥控制功能塊開始工作，此時回流調(diào)節(jié)閥受入口壓力自動控制。當(dāng)功能塊輸出回流調(diào)節(jié)閥全關(guān)命令且持續(xù)4 s后，壓縮機(jī)電機(jī)負(fù)荷PID控制塊又開始工作，在84.85%～100%間自動調(diào)節(jié)。當(dāng)壓縮機(jī)停機(jī)后，PLC強(qiáng)制回流調(diào)節(jié)閥全關(guān)。

4.2 壓縮機(jī)出口壓力控制

壓縮機(jī)出口安裝一臺智能壓力變送器用于監(jiān)控壓縮機(jī)出口壓力。壓縮機(jī)出口管線安裝了一臺調(diào)節(jié)閥，用于控制壓縮機(jī)出口壓力。當(dāng)壓縮機(jī)出口壓力小于600 kPa時，出口壓力調(diào)節(jié)閥強(qiáng)制全關(guān)。只有當(dāng)壓縮機(jī)出口壓力高于600 kPa后，出口壓力控制功能塊開始工作，出口壓力調(diào)節(jié)閥受出口壓力自動控制，出口壓力控制在0.7 MPa。為防止燃料氣管網(wǎng)壓力高于壓縮機(jī)出口壓力影響壓縮機(jī)正常運(yùn)行，廠家在壓縮機(jī)出口進(jìn)火炬氣緩沖罐的管線上設(shè)置了止回閥。

5 火炬氣壓縮機(jī)運(yùn)行情況

火炬氣回收氣壓縮機(jī)運(yùn)行期間，我們發(fā)現(xiàn)一些機(jī)組運(yùn)行過程中與儀表、控制有關(guān)的問題，這些問題有設(shè)計、介質(zhì)、儀表選型、工藝操作需求等原因。這些原因造成了壓縮機(jī)運(yùn)行的不穩(wěn)定，下面就以上原因進(jìn)行簡要說明。

5.1 設(shè)計原因

壓縮機(jī)在運(yùn)行初期，壓縮機(jī)進(jìn)氣出現(xiàn)高真空，負(fù)荷控制一直無法正常工作，壓縮機(jī)外送火炬氣量低于設(shè)計的外送750 Nm3/h火炬氣量。為了找出引起火炬氣量低于設(shè)計外送的根本原因，我們做了以下工作：（1）控制系統(tǒng)方面，對PLC控制邏輯控制參數(shù)與壓縮機(jī)操作手冊操作參數(shù)進(jìn)行逐項對比，確認(rèn)邏輯控制參數(shù)和壓縮機(jī)控制要求一致；（2）現(xiàn)場儀表方面，對現(xiàn)場監(jiān)控的壓力、溫度、液位和流量計下線送檢；壓縮機(jī)本體軸承箱振動、軸承箱溫度、電機(jī)溫度等下線校驗，所有監(jiān)控儀表測量誤差均滿足測量精度要求；（3）對壓縮機(jī)工作參數(shù)，包括壓縮機(jī)密封液液位、泵體及軸承箱振動、軸承箱溫度、電機(jī)溫度等進(jìn)行了核對，確認(rèn)壓縮機(jī)工作狀態(tài)正常，排除了壓縮機(jī)機(jī)械故障因素；（4）通過工藝外圍壓力、溫度、介質(zhì)組分等參數(shù)計算分析，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)入口管線在正常參數(shù)下運(yùn)行時流通能力達(dá)不到設(shè)計的外送750 Nm3/h火炬氣量，導(dǎo)致壓縮機(jī)壓縮氣量無法達(dá)到設(shè)計要求。

5.2 介質(zhì)原因

壓縮機(jī)正常運(yùn)行時，需要注入密封液，而密封液注入量的多少是由氣液分離罐的液位來控制。氣液分離罐液位計采用的是差壓式雙法蘭液位計。具體控制方式：當(dāng)氣液分離罐液位低于198 mm時，打開密封液注入開關(guān)閥，開始注入密封液；當(dāng)氣液分離罐液位高于245 mm時，關(guān)閉密封液注入開關(guān)閥，停止注入密封液。當(dāng)氣液分離罐液位低于150 mm時，壓縮機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)。

壓縮機(jī)運(yùn)行還不滿一年的時間，出現(xiàn)了2次因液位計假顯導(dǎo)致壓縮機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)的情況。對雙法蘭液位計進(jìn)行下線，發(fā)現(xiàn)引壓管線內(nèi)全是油泥，感壓膜片已經(jīng)被油泥糊住，同時現(xiàn)場磁翻板液位計浮標(biāo)表面和測量管內(nèi)壁有大量油泥，至此我們找到了液位計假顯的原因。對油泥進(jìn)行了成份分析，確認(rèn)油泥中含有加氫尾油。近期裂解裝置加氫單元停工檢修，大量含有加氫尾油的不潔輕烴氣體被排至火炬系統(tǒng)。密封液在壓縮機(jī)工作過程中與火炬氣接觸，火炬氣中的加氫尾油就會融進(jìn)密封液中，在引壓管線內(nèi)沉積，導(dǎo)致感壓膜盒被油泥糊住。

5.3 儀表選型

密封液注入開關(guān)閥是選用美卓廠家的開關(guān)球閥，閥門廠家配ASCO普通型電磁閥。開關(guān)球閥在溫度低于-30 ℃的氣溫下，出現(xiàn)開關(guān)閥不動作的情況，檢查發(fā)現(xiàn)是廠家配置的電磁閥不耐低溫（適配環(huán)境溫度-20～40 ℃），當(dāng)?shù)貧v史最低溫度為溫度-45 ℃，至少有兩個月環(huán)境溫度低于-20 ℃，當(dāng)環(huán)境溫度低于-30 ℃時，電磁閥“失控”，閥門無法開關(guān)。

5.4 壓縮機(jī)控制無法人工干預(yù)

火炬氣回收氣壓縮機(jī)有壓縮機(jī)入口壓力機(jī)及負(fù)荷控制、壓縮機(jī)出口壓力控制?？刂剖怯蒔LC內(nèi)邏輯實(shí)現(xiàn)：PLC面板僅顯示壓縮機(jī)的相關(guān)參數(shù)，沒有壓力設(shè)定值、負(fù)荷設(shè)定值、以及出口壓力設(shè)定值修改輸入窗口指令。PLC控制箱距離最近的操作中心3 km。這就導(dǎo)致如果火炬氣回收氣系統(tǒng)存在系統(tǒng)波動，工藝操作人員想通過修改壓縮機(jī)壓力或負(fù)荷設(shè)定值對壓縮機(jī)的負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到調(diào)整火炬氣回收氣系統(tǒng)波動的目的是無法實(shí)現(xiàn)的，即工藝操作人員無法人工手動干預(yù)壓縮機(jī)的控制。

6 整改措施

針對在壓縮機(jī)運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)的以上問題，我們進(jìn)行了有針對性的整改，措施如下。

6.1 修改設(shè)計

由于壓縮機(jī)入口管線流量不足，導(dǎo)致壓縮機(jī)進(jìn)氣量不足，回收量受限不能達(dá)到設(shè)計要求的750 Nm3/h，我們與設(shè)計院、壓縮機(jī)廠商進(jìn)行溝通論證，決定火炬氣回收壓縮機(jī)入口管線由4寸更換為10寸，壓縮機(jī)返程線接口位置不變，壓縮機(jī)補(bǔ)水線接口位置不變，壓縮機(jī)壓力檢測點(diǎn)位置不變。實(shí)施后，壓縮機(jī)入口火炬氣流量增加，外送火炬氣量達(dá)到設(shè)計要求。

6.2 介質(zhì)含油泥

由于雙法蘭液位計對介質(zhì)的潔凈程度要求較高，不適合較臟介質(zhì)的液位測量。針對密封液含油泥的情況，我們選用接觸式測量方式的帶有導(dǎo)波管類型的雷達(dá)液位計。更換液位計后，再沒有發(fā)生液位計假顯導(dǎo)致壓縮機(jī)誤停機(jī)的情況。同時，我們會定期對導(dǎo)波管進(jìn)行下線清洗，保證液位計測量準(zhǔn)確。

6.3 儀表選型不當(dāng)

針對電磁閥不耐低溫的問題，我們聯(lián)系電磁閥廠家，采購耐低溫電磁閥（適配環(huán)境溫度-35～40 ℃），對現(xiàn)有四臺開關(guān)閥的電磁閥進(jìn)行更換。更換后，在環(huán)境溫度低于-30 ℃時開關(guān)閥動作正常。

6.4 壓縮機(jī)控制改造

根據(jù)工藝操作要求，我們PLC中的壓縮機(jī)入口壓力機(jī)及負(fù)荷控制、壓縮機(jī)出口壓力控制轉(zhuǎn)移至DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)?？刂聘脑焐婕暗膬x表信號及類型進(jìn)行統(tǒng)計（如表1所示）。

表1 控制改造涉及的儀表信號及類型進(jìn)行統(tǒng)計

結(jié)合PLC系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)和現(xiàn)場實(shí)際情況，我們制定了兩種整改方案。

6.4.1 方案一

（1）利用現(xiàn)有主電纜JB-S-0001、JB-A-0001的三組備用信號線，分別傳輸壓縮機(jī)回流閥控制信號、壓縮機(jī)負(fù)荷控制信號、壓縮機(jī)出口控制閥控制信號。

（2）DCS壓縮機(jī)負(fù)荷控制信號通過電纜接進(jìn)PLC盤柜，利用原有PLC去電氣MCC的電纜，傳輸負(fù)荷控制信號。

（3）壓縮機(jī)入口壓力表、壓縮機(jī)出口壓力表以及電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號，利用原有PLC與DCS的通訊傳輸至DCS。

方案一的優(yōu)點(diǎn)是不新增設(shè)備，不敷設(shè)新的電纜，實(shí)施所用的時間較短，但缺點(diǎn)是壓縮機(jī)入口和出口壓力信號是PLC通訊至DCS，通訊是否穩(wěn)定將影響壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

6.4.2 方案二

（1）壓縮機(jī)增加1個接線箱，敷設(shè)1根主電纜，傳輸信號有壓縮機(jī)入口壓力信號、壓縮機(jī)回流閥控制信號、壓縮機(jī)負(fù)荷控制信號、壓縮機(jī)出口壓力信號、壓縮機(jī)出口控制閥控制信號、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號。

（2）DCS系統(tǒng)的壓縮機(jī)負(fù)荷控制信號通過電纜接進(jìn)PLC盤柜，利用原有PLC去電氣MCC的電纜，傳輸負(fù)荷控制信號。

（3）由于入口壓力在PLC中參與壓縮機(jī)開機(jī)控制，在現(xiàn)場PLC盤柜內(nèi)增加一入二出的安全柵，一路信號送至PLC，另一路信號送至DCS系統(tǒng)。

（4）電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號在PLC中另有邏輯，需加繼電器，分出一路信號送至DCS。

方案二的優(yōu)點(diǎn)是所有信號均為硬線連接，信號傳輸?shù)目煽啃暂^高，但缺點(diǎn)是需要新增設(shè)備，敷設(shè)新的電纜，實(shí)施所用的時間較長。

在與工藝人員溝通后，受限于壓縮機(jī)停機(jī)時間及環(huán)保監(jiān)控要求，方案二實(shí)施所用時間較長，所以決定采用方案一。DCS系統(tǒng)通道及功能塊組態(tài)完成后，對壓力、負(fù)荷控制回路信號進(jìn)行調(diào)試，現(xiàn)場閥門聯(lián)校，確認(rèn)信號傳輸及控制滿足實(shí)際要求。壓縮機(jī)開機(jī)后，工藝操作人員可以對壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)DCS系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制。

7 結(jié)語

通過火炬氣回收氣壓縮機(jī)在運(yùn)行初期出現(xiàn)的設(shè)計、儀表選型、介質(zhì)影響等因素導(dǎo)致壓縮機(jī)運(yùn)行一直運(yùn)行不夠穩(wěn)定，對影響因素的原因分析，制定相應(yīng)的整改措施，使壓縮機(jī)滿足設(shè)計要求，同時實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)PLC控制信號進(jìn)行引入DCS控制改造，使工藝操作人員可以遠(yuǎn)程控制壓縮機(jī)，確保機(jī)組長周期安穩(wěn)運(yùn)行。