丙烯压缩机组停车过程反转解决方案探析

刘亚鹏(内蒙古大唐国际克什克腾旗煤制天然气有限公司，内蒙古 赤峰 025350)

0 引言

丙烯压缩机是一项重要的设备以及特有的优势，对相关领域的应用有着积极的意义和深远的影响。但是，从当前的实际现状来看，丙烯压缩机组在实际应用的过程中，仍然面临着诸多的问题尚未得到有效的解决，对此，相关领域必须予以充分的重视。基于此，相关领域必须进一步加大对于该领域的研究力度，从提高技术工艺、优化应用流程，完善基础设备三方面着手进行，旨在全方位、多层次、多角度的发现问题分析问题和解决问题，切实地将丙烯压缩机反转问题得到有效的解决，从而达到降低丙烯消耗率的目的，进而科学有效的提高经济效益和社会效益，提高核心竞争力，更好地适应现代化发展的实际需要。

1 工艺流程简介

自低温甲醇洗-40 ℃级蒸发器送来的气态丙烯，压力0.02 MPaG，流量183 007 kg/h，进入丙烯分离器Ⅰ(F001)，分离液体后的气体进入压缩机进行压缩，从低温甲醇洗0 ℃级蒸发器送来的气态丙烯，进入丙烯分离器Ⅱ(F002)，压力0.45 MPaG，流量80 443 kg/h， 分离液体后从补气口进入压缩机，与压缩机一段进气压缩后的气体混合后继续压缩到1.8 MPaG，99.3 ℃，压缩后的气态丙烯经出口并联的冷凝器，用循环水冷凝冷却降温至40 ℃进入丙烯贮槽。丙烯贮槽中液态丙烯经过丙烯冷却器再次降温后送往低温甲醇洗丙烯蒸发器。当机组在非满负荷情况下运行时，压缩机出口阀前有部分高温高压气体经过防喘阀FV011(一段防喘阀)、FV012(二段防喘阀)分别引回到丙烯分离器Ⅰ (F001)和丙烯分离器Ⅱ(F002)内，作为防喘振回流补充气体，用以维持机组稳定运行[1]。

2 现象分析

2020年7月19日丙烯压缩A单元停车，因停车过程中卸载阀CH001没有及时关闭，导致大量丙烯反串，使反转转速达到1 700 r/min，以下是停车曲线 (CP121：一段入口压力；CP123：二段入口压力；CP125：压缩机出口压力；CF121：一段入口流量；CP123：二段入口流量；SE082/083：机组转速)。

通过原因分析判定为机组停车后，部分出口气体和二段入口气体通过压缩机缸体内向一段均压，在缸体内气体膨胀做功，驱使转子反转。2020年10月25日A单元停车时将F01和F02回气阀关闭后，再次拍停机组，得到正常惰走曲线。

虽然此次停车转子正常惰走，但分析一二段入口流量，拍停机组后，一段入口流量迅速降为0，几秒后再次出现流量；二段入口流量在机组拍停后流量大幅上涨，可见即便将一二段回气阀门关闭，在压缩机缸体内仍会有气体向一段均压。

2020年11月25日A单元停车时将二段回气阀门关闭，拍停压缩机，但并没有解决停车反转问题，在停车后同样出现了反转现象。

虽然关闭了二段回气阀，但却没有改变停车转子反转现象，可见解决停车反转的有效的措施之一是关闭一段回气阀。

2021年7月4日丙烯 A单元停车将一段回气阀门关闭，拍停压缩机，得到正常惰走曲线，因没有复制ITCC数据，A单元ITCC停车照片(黄色曲线为转速曲线如图1所示)。

图1 A单元ITCC停车照片

2021年7月26日机组冲转过程中出口压力达到2 000 kPa，无法进行继续冲转，被迫停车。停车时将一二段防喘阀全开，用验证在防喘阀全开的情况下是否还会出现倒转的现象。

2021年7月26日停车前因为系统内不凝汽聚集太多，出口压力太大，出口和入口压差在1 000 kPa以上，压缩机运行工况恶劣。虽然在停车前将一二段防喘阀全开，但并没有减少出口和入口的压差，停车时仍然出现反转。

机组反转可能会导致转子变形、干气密封烧毁等设备事故。

3 原因分析

造成反转的原因是机组停车时入口和出口存在压力差，当机组失去驱动力后，压缩机出口和二段入口的高压气体会向一段均压，气体在压缩机缸体内膨胀做功，驱动压缩机反转。

停车时，CH001紧急停车卸载阀没有及时关闭，压缩机出口气体反窜至一段入口，导致转子反转，因压缩机出口设有止回阀，不排除止回阀故障的可能性或止回阀位置设计不合理。

机组拍停前没有将一二段防喘阀全开。ITCC中设计的正常停车过程需要按一定的速率将机组转速降低至600 r/min，并稳定运行一段时间后才可以停车，但是丙烯压缩机组在实际运行中发现，机组转速很难降低至3 910 r/min。

横坐标Hc%的计算方法如下：

(1)流量补偿

流量补偿值由式(1)计算决定

式中：MFLOW为压缩机补偿流量；MFLOWmax为最大质量流量；h为文丘里管流量0～100%(压缩机入口流量)；Pfo为压缩机入口压力(MPaG)；Pfob为限流板设计压力条件(MPaA)；Tfo为压缩机入口温度(℃)；Tfob为限流板设计温度条件(℃)。

(2)操作点

操作点位置通过下式计：

式中：MFLOW为压缩机补偿流量；MFLOWmax为最大质量流量；Hc为喘振控制器测量点(操作点位置)；Ps为压缩机入口压力(MPaG)；Psb为压缩机基准压力条件(MPaA)；Ts为压缩机入口温度(℃)；Tsb为压缩机基准温度条件(℃)。

(3)纵坐标

压缩机压比课通过下式计算：

式中：PRAT为压缩机压比；Ps为压缩机入口压力(MPaG)；Pd为压缩机出口压力(MPaG)。

压缩机在低转速运行时入口没有足够吸力，需要开大防喘阀来补充流量，一段入口流量上限为255 000 kg/h，当防喘阀足够大时，实际流量就会超过这个数值，但ITCC中一段入口流量最大的就是255 000 kg/h，导致压缩机在降速过程中ITCC画面中出现喘振，所以通常认为机组转速在4 200～4 400 r/min，一二段防喘阀门开度50%以上，机组具备停车条件，可进行拍停操作。因为ITCC的局限性，导致每次停车一二段防喘阀都不是全开[2]。

通过对多次停车曲线的分析，机组拍停后二段入口流量大幅上涨。机组停车时可以通过两种方式均压：一种通过防喘均压；另一种通过压缩机缸体均压。压缩机二段入口管线为DN450，二段防喘管线为DN200，防喘管线小于入口管线管径，所以气体通过缸体均压速度大于防喘均压速度，以此判断驱动转子反转的主要来源为二段入口。

4 丙烯压缩机组停车过程反转解决方案探析

4.1 停车时全开一二段防喘阀

参考空分和首站压缩机，停车前需要将机组转速降低至最小运行转速，并全开防喘阀。丙烯压缩机组拍停前需将转速降低至3 910 r/min，将一二段防喘阀全开，出口压力降低至1.3 MPa以下，尽可能降低压缩机出口和入口的压差。

为了避免降速过程中ITCC画面中出现喘振报警，需要将一段入口流量CF121量程扩大(扩大量程可能改变流量的测量方式，需要与设计院进行沟通)，使其能够正确反映机组在低转速、高防喘阀位情况下的流量。这种方法目前只存在理论上的可能性，实际是否有效还需要进行验证[3]。

4.2 关闭一段回气阀门

经过实际验证关闭一段回气阀可以解决停车反转问题，但因一段回气阀门为DN1300蝶阀，开关时需要劳动强度大，时间较长，只能在计划停车时进行，在紧急停车时无法快速关闭，需要将此阀门的执行机构更改为电动或气动机构。

4.3 使用ITCC中正常停车程序

ITCC中正常停车程序：

启动升速到暖机升速速率：40 r/min；升速阶段升速速率：60 r/min(冷启)，120 r/min(热启)；跨临界升速速率：8 000 r/min：调速接管后升速速率：140 r/min；升速到超速试验的升速速率为：140 r/min。从整体上来看，共有8个运行模式。第一是跳车模式 Turbine Tripped/Shutdown，第二是准备启机 Ready to Start，第三是暖机#1 ldle Speed #1 (600 r/min)，第四是暖机#2 ldle Speed #2 (1500 r/min)，第五是升速模式 Acceleration，第六是正常运行模式 Run (3 910～4 833 r/min)，第七书超速试验 Over Speed Test (OS Trip 4 876 r/min)，第八时间正常停车Normal Stop(600 r/min)。

因目前缺少相关技术资料，ITCC无法实现正常停车程序，需要仪控对ITCC系统进行完善[4]。

5 停车程序及步骤

5.1 停车操作步骤

接到停机通知后，在降低负荷的同时进行缓慢降速，避免压缩机喘振。关闭丙烯蒸发器自调阀CL002、CL004、CL041、CL010、CL014，使压缩机与低温甲醇洗丙烯蒸发器系统切断，转入自身循环使系统内大部分的液态丙烯存留在储罐B001AB内。

F001、F002将液位控制为0%。

关闭压缩机一、二段回气阀。

汽轮机降速，直至机组的最低转速。

压缩机停车时转速降到3 910 r/min，按辅助操作盘“紧急停车”按钮。

关闭一、二段激冷调节主线和副线阀门。

关闭主蒸汽大阀CH004、CH005，开速关阀前放空。打开汽轮机缸体导淋排液。

当压缩机转速到0 r/min后，关闭一二级密封气，隔离气正常投用。

启动盘车装置，为轴瓦降温。

开热井集液箱脱盐水补水阀，汽轮机停车后凝结水泵、疏水泵运行一段时间，排净凝液。

空冷岛风机停运，关百叶窗，冬季时拉上空冷岛棉帘保温。

关闭B001A/B下液阀、出液阀门及丙烯蒸发器自调阀前后截止阀。

关轴封蒸汽阀门，停抽气器，打开破真空阀。

现场将凝结水泵、疏水泵就地开关切换至“就地”位置，现场按凝结水泵、疏水泵“停止”按钮，停运凝结水泵、疏水泵。

关闭热井、集液箱补水阀、凝结水泵、疏水泵的出口阀、轴承冷却水的进、出口阀，关闭6512、6520、6513、6521自调阀的前后截止阀。

停润滑油系统后轴瓦温度复温不超过70 ℃，停运盘车和油系统(约16 h)，10 min后关闭隔离气针形阀。

现场停运排油烟风机。

5.2 连锁紧急停车程序及步骤

首先，应关闭一、二段激冷调节主线和副线阀门，以及主蒸汽大阀CH004/CH005，开速关阀前放空，并打开汽轮机缸体导淋排液。其次，当压缩机转速到0 r/min后，关闭一、二级密封气，隔离气正常投用。接下来要启动盘车，开热井集液箱脱盐水补水阀，凝结水泵、疏水泵运行。最后，需要停空冷器风机，关闭B001A/B出液阀、下液阀门及丙烯蒸发器自调阀前后截止阀及副线阀。在此过程中，需要特别注意的是冬季空冷岛风机在停运过程中，必须保证百叶窗的关闭状态，拉上空冷岛棉帘防冻，这点是至关重要的，相关领域必须以充分重视。

5.3 停车过程中可能出现异常及事故的处理程序

热井液位高是停车过程中常见的一个问题，造成该问题的原因主要为[5]：首先，针对热井液位的参数设定本身就存在偏高的问题，造成凝结水泵不打量。其次，造成热井液位高的原因也与冷凝液量有着密切的关系，因此，必须注重冷凝液的大小，并作出科学合理的把控。与此同时，必须进一步针对冷凝管网问题进行解决，有效地避免由于冷凝液管网压力高的问题。最后，备用泵出口止逆阀内漏以及液位调节阀故障或液位变送器指示不准确也会造成热井液位高的问题。

5.3.1 解决方案或处理措施

(1)降低液位设定值。

(2)检查泵和电机是否正常；检查泵进口排气阀是否打开，泵进口及备用泵有无泄漏；冷凝液泵入口是否漏气；

(3)减小脱盐水补水阀开度或机组降负荷；

(4)启动备用泵，隔离检修止逆阀；

(5)联系调度确认管网是否畅通；

(6)联系仪表检查处理。

其次，压缩机停车过程中的异常振动和异常噪音是极其容易引发机组损坏的诱导因素。

5.3.2 异常原因分析和判断

(1)机组找正精度被破坏，不对中；

(2)转子不平衡；

(3)转子叶轮摩擦与损坏；

(4)主轴弯曲；

(5)联轴器的故障或不平衡；

(6)轴承不正常；

(7)地脚螺栓松动，地基不坚固；

(8)油压、油温不正常；

(9)油中有污垢，不清洁，使轴承发生磨损；

(10)机内侵入或附着夹杂物；

(11)压缩机喘振；

(12)气体管道对机壳有附加应力；

(13)压缩机负荷急剧变化。

5.3.3 解决方案或处理措施

第一，相关领域必须进一步加强检查力度，制定完善的检查方案，并严格落实。在实际的检查过程中，特别需要针对机组振动情况，轴向振幅大，振动频率与转速问题予以充分的重视。通常情况下，其振值为2～3倍左右。与此同时，必须卸下联轴器，使原动机单独转动，如果原动机无异常振动，则可能为不对中，应重新找正。第二，必须停车检查转子是否有污垢或破损，必要时转子重新做动平衡。真对转子叶轮有应进一步加强检查力度，并做好相应的记录工作查看其表面是否有摩擦和损坏，发现问题及时解决，必要时要根据具体问题具体分析，进行修复或更换。第三，需要进一步检查主轴是否弯曲，必要时进行校正直轴。针对检查联轴器问题，在的检查过程中，必须将联轴器进行拆除，综合的分析其平衡状况，发现问题及时修复，以免问题的扩大化。第四，必须检查轴承径向间隙，并进行调整，检查轴承盖与轴承瓦背之间的过盈量，如过小则应加大；若轴承合金损坏，则换瓦。第五，要修补地基，紧固地脚螺栓。第六，需要检查各油系统的油压、油温和工作情况，在油温过低的情况下要加入润滑油这点是至关重要的。第七，针对油质的检查问题，必须严格落实，特别是针对过滤环节必须予以充分的重视，进一步加强过滤环节，定期换油。第八，检查压缩机运行时是否远离喘振点，防喘裕度是否足够，按规定的性能曲线改变运行工况点，加大吸入量检查防喘振装置是否正常工作[6]。

6 结语

解决压缩机反转的方法就是通过各种措施使机组在尽可能短短时间内完成一段入口、二段入口和出口的均压，从根本上消除诱发丙烯机组反转的因素和条件保障设备无损使用。