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氨压缩机喘振的原因分析及处理

更新时间:2016-07-05

河南省中原大化集团有限责任公司500 kt/a甲醇项目冷冻装置配套的氨压缩机组,采用沈阳鼓风机集团股份有限公司生产的多级离心压缩机,型号为MCL807+2MCL805。压缩机与原动机由膜片联轴器联接,压缩机和汽轮机共用底座,整个机组采用润滑联合油站供油[1-2]。原动机采用杭州汽轮机股份有限公司生产的单缸抽汽冷凝式汽轮机,型号为NK25/28/25。

1 氨压缩机工艺流程

图1 氨压缩机工艺流程

氨压缩机工艺流程如图1所示。氨压缩机与工艺系统中的冷却器05E004、05E008、05E002、01E101及09E001A/B和氨储罐09T001等设备组成冷冻回路,为工艺系统提供所需的冷量。正常生产时,冷却器05E004、05E008闪蒸出的氨气作为氨气压缩机一段入口供气,经入口分离器09S001进入低压段,分离器前有压力指示PT09011,压缩机入口设有压力指示PT09030。压缩机防喘振控制,通过防喘振回路将高压缸出口氨气由防喘振阀FV09030调节,然后返回到入口分离器09S001入口[3-4]

式中:A代表第t+1步初始分析场的垂直运动或云中总水物质含量以及第t步繁殖结束时的6 h降水量三变量之一,分别对应3种改进方案。该系数的物理意义为:1表示保持原来的繁殖模结构;A(i,j)表示分析时刻某格点变量A的值,max|A|为某分析高度层上变量A的最大值,A(i,j)/max|A|即为据A的水平分布得到的一个具体到格点上的归一化系数,因此ct是一个随时空变化的量。

2 事故经过

2008年11月8日,氨气压缩机启动,机组低速暖机后,按升速程序提速,当转速升至2 000 r/min时,压缩机入口流量指示FI09030在0~18 000 m3之间波动,机组出现异常声音,确认机组发生喘振。因为之前曾出现2次入口分离器09S001启动压差大(具体原因不明),机组发生喘振,升速到一定转速后恢复正常。为此,经请示后手动加快转速,当转速升至4 800 r/min时,压缩机出口压力PT09035指示为0.84 MPa、PT09011指示为0.76 MPa、PT09030指示为0.17 MPa(量程为0~0.2 MPa);当转速接近5 000 r/min时,入口分离器09S001压差已接近0.7 MPa,表明此时分离器不通,机组一直处于喘振状态,被迫打闸停机。

3 原因分析

3.1 喘振的定义

当离心压缩机工作在设计点时,气流的进气角基本上等于叶轮叶片的进几何安装角,气流顺利进入流道,不会出现吸附面层脱离。当流量减少时,气流轴向速度减小,冲角增大,气流射向叶片的工作面,使非工作面出现脱离。由于气流在非工作面上是扩压流动,出现的脱离很容易扩张,所以流量减小时,脱离发生明显;当流量减小到某临界值时,脱离严重扩张,以致充满流道的大部分区域,使损失大大增加,破坏了正常流动,此时流量下降,冲角增大。由于进口气流本身的不均匀性和加工存在的问题,造成了各叶片间的几何结构存在微小差异,导致总会在某一个或几个叶片上最先发生气流脱离,形成一个或几个脱离区,称为“脱离团”。发生气流脱离叶片附近的流动情况恶化,出现了明显的流量减小区,受阻滞的气流使上述叶片附近的气流方向发生改变,引起流向转向后面叶片的气流冲角增大,转向前面叶片上的冲角减小。由于工况改变,流量明显减小,出现严重的旋转脱离,流动情况大大恶化。叶轮虽仍在旋转对气体做功,但不能提高气体压力,压缩机出口压力明显下降。如果压缩机后面的管网容量较大,其背压的反应不敏感,就会出现管网中的压力大于压缩机出口的压力,进而引起倒流现象的发生。气流由压缩机出口向进口倒灌,一直到管网中的压力降至低于压缩机出口压力为止。当倒流停止,气流在叶片的作用下正向流动,压缩机又开始向管网供气,经过压缩机的流量增大,压缩机恢复正常工作。但当管网中的压力不断回升,恢复到原来水平时,压缩机正常排气又受到阻碍,流量又下降,系统中的气体又产生倒流。如此循环,在整个系统中发生了周期性的轴向低频大振幅的气流振荡现象,称之为“喘振”。

3.2 喘振形成的原因

(2) 当顶部排出水后,关闭充水阀,静候2 h,使结晶物充分溶解,排水后用工厂空气吹除干净,分离器管线复原。

喘振的特征有:①压缩机工作极不稳定,工艺气体参数出现周期性的大幅波动;②有强烈的周期性气流噪音,出现气流吼叫声;③极其强烈的振动,机体、轴承等的振幅急剧增加。

3.3 喘振的特征和危害

喘振的发生首先是由于变工况时压缩机叶栅中的气动参数和几何参数不协调,形成旋转脱离,造成严重的旋转失速;但并不是旋转失速都一定会导致喘振的发生,喘振还与管网系统有关。喘振发生有内、外两方面的因素:从内部来说,由于离心式压缩机在一定条件下流动情况大大恶化,出现了强烈的旋转失速;从外部来说,与管网的容量及管网特性线有关。外部的影响因素很多,如存在:①系统压力高,工艺系统憋压等;②压缩机进口吸入流量低,入口过滤器阻塞,入口工艺气减少或切断;③机械部件损坏或脱落,机械密封、平衡盘密封、O形环等部件安装不全,安装位置不准确或者脱落,形成级间窜气、部件脱落堵塞叶轮、止逆阀失效或破损等;④操作失误,未遵循“升压先升速,降速先降压”的原则,升压过快或失速,防喘振调节不当;⑤工况改变,压缩机进入喘振区,蒸汽管网波动、工艺气参数变化等,未能及时调节;⑥工艺介质组分等介质状态变化造成喘振。

(1) 机组正常控制要保证压缩机流量大于其喘振流量,检查入口管线管路不受阻,升降负荷应遵循“升压先升速,降速先降压”的原则。

4 事故原因分析

方案一PPS含基布滤料 (纤维长度51 mm)5块:样品1~5,方案二PPS无基布滤料A(纤维长度51 mm)5块:样品6~10,方案三PPS无基布滤料B(纤维长度76 mm)5块:样品11~15。

结合压缩机喘振时工艺参数的变化查找机组喘振的原因,结果发现是因为压缩机入口分离器09S001出现堵塞,之前曾打开检查过该分离器,未发现问题;分析堵塞的原因,可能是09S001出口除沫网有结晶物从而造成流道堵塞。之后利用停车机会,对机组入口氨冷器05E004、05E008进行检查,发现05E004、05E008均发生泄漏,在05E004、05E008入口管线及封头处发现大量的白色结晶物,经分析确认为富含二氧化碳的工艺循环甲醇进入冷冻系统,减压后析出的二氧化碳与氨发生反应,生成了碳酸氢铵结晶物。

5 事故防范及措施

5.1 机组停机后对09S001堵塞的处理

一是计算各消费支出项目与产业结构之间的和谐度hj(j=1,2,3,…8)。依然以食品支出为例,食品消费支出与产业结构的和谐度为:h1=∑wiai,其中ai指标准化后的食品支出与各产业人均GDP之比,wi指食品支出与各产业之比的权重,通常用德尔菲法确定。

(1) 用高温锅炉给水通过09S001底部导淋向内部充水溶解结晶物,拆除顶部安全阀排气,关闭压缩机入口大阀,防止热气体进入压缩机。

压缩机喘振是指当压缩机流量减少到一定时出现的一种不稳定工作状况,即压缩机的气体流量和排气压力周期性地低频、大幅波动,引起机组强烈振动的现象。压缩机喘振的原因归结为两方面:①压缩机流量减少造成的叶栅气流的旋转失速和扩展出现的喘振;②压缩机与管网工作不协调,表现为压缩机流量不高于喘振流量和压缩机排气压力低于管网气体压力[5-6]

(3) 机组恢复开车,机组启动升速过程中,注意对分离器底部排放。正常运行中检测氨冷冻回路单元,所有换热器应做好记录。

5.2 预防喘振的措施

管网容量越大,喘振频率越低,喘振能力越大,危害性越大。喘振的危害有:①可能损坏压缩机零部件,如密封、O形环等,甚至引起动静零部件碰撞,对止推轴承产生冲击力,破坏轴承油膜稳定及轴端密封,造成轴端气体泄漏等;②可能影响机器安装质量,破坏各部分调整好的间隙值,甚至引起轴的变形,并造成机器在以后的运行中振动加剧;③可能使一些仪表失灵或准确度降低;④可能造成工艺管路部件(如管道过滤器)损坏。

(b)I borrowed the book from the library,aI can keep for a week.

(2) 工艺上要控制好入口气体组分和参数,防止出现组分含量下降、压力下降或温度上升过快等现象,工艺系统压力要保持稳定,防止出现超压、憋压。

(3) 机组启动过程中,要注意调整各段的流量,避免出现高压段阻塞、低压段超压等现象。

为有效防止羊的肠胃容物出现腐败问题,可利用百分之0.1的高锰酸钾250到500毫升,于每天内对病羊进行两次灌服操作,此外,也可以利用2到3克的磺胺脒以及2到3克的碳酸氢钠的淀粉浆对病羊实施灌服操作。在感觉到患病羊脱水情况较为严重以后,应及时对其进行补液、解毒等治疗,其中,可应用百分之五的葡萄糖溶液250到500毫升、百分之五的碳酸氢钠60到100毫升等对病羊实施静脉注射操作。

6 结语

通过对氨压缩机喘振进行分析,找出了机组喘振的原因,结合入口分离器堵塞的现象进行查找,最终找到了引起堵塞的根源,彻底解决了喘振的问题。引起压缩机喘振的原因很多,结合机组喘振发生时的具体工艺参数进行分析,并结合机组喘振的特性采取了防止喘振的措施,为今后处理机组喘振打下了坚实的基础。

参考文献

[1] 毛绍融,朱朔元,周智勇.现代空分设备技术与操作原理[M].杭州:杭州出版社,2005.

[2] 娄伦武,杨仕巧,王超.氨压缩机喘振原因分析[J].贵州化工,2012,37(2):54- 55.

[3] 苏灵波,房旭鹏.压缩机喘振及其预防[J].压缩机技术,2011(1):15- 17.

[4] 万鹤鸣.浅谈离心式压缩机喘振故障分析[J].化学工程与装备,2014(1):107- 109.

[5] 周玉红.空压机组防喘振控制系统应用探讨[J].化肥工业,2012,39(1):68- 69.

[6] 管泽沛,张鹏洲,王建新.空气压缩机组喘振原因分析及对策[J].化肥工业,2001,28(1):50- 52.

张威
《氮肥与合成气》 2018年第02期
《氮肥与合成气》2018年第02期文献
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