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氧化氮压缩机喘振试验及防喘振参数设定

李怀庆 邓建平 周向民* / 西安陕鼓动力股份有限公司    

摘要:通过氧化氮压缩机现场喘振试验实例,对出现的问题分析及处理,并介绍了防喘振参数试验及设定方法。
关键词:氧化氮压缩机;试验;问题分析;参数设定
中图分类号:TH452 文献标识码:B

Abstract: Through the actual surge test for nitrogen oxide compressor in customer’s site, the writers have analyzed and solved the problems during the test, and introduced the test and setting procedure on the anti-surge parameters.
Key words: Nitrogen oxide compressor, test, problem analysis, parameter setting

0 引言

  氧化氮压缩机是我公司硝酸“四合一”机组中的离心式压缩机,根据文献[1],喘振现象是压缩机的固有现象,若在发生喘振现象状态下运行,压缩机会受到严重的危害或破坏。为了确保压缩机安全可靠的运行,通常要在用户现场对其进行喘振试验,并在自控系统中设定防喘振参数。目前,我公司是通过氧化氮压缩机防喘振信号发生器(简称“发生器”)和调节防喘振阀的方法,对压缩机进行喘振试验。

1 问题描述

  我公司为某用户15万吨 / 年硝酸装置提供了一套“四合一”机组的产品。2011年3月在用户现场对其中的氧化氮压缩机进行喘振试验,在压缩机设计转速下,当喘振现象发生,并立即快速全开防喘振阀时,发现自控系统上机画面显示的喘振压差参数为零。压缩机出口气流经过发生器,当喘振现象发生瞬间,快速全开防喘振阀导致压力波动而产生喘振压差。在正常情况下快速全开防喘振阀的瞬间,发生器产生的喘振压差不能为零。喘振压差为零说明在某个环节出现了质量问题,另外喘振压差为零,则不能为产品设定防喘振参数,产品也不能验收及交付使用。事关重大,我们和用户有关人员立即分析及查找原因。

2 问题分析及处理

  经过分析,我们认为喘振压差为零主要与自控系统和发生器有关。自控系统上机画面直接显示喘振压差等试验参数。发生器是产生喘振压差的装置,发生器(见图1)由接管、截止阀、孔板、蓄能器、变送器及三阀组等组成。接管和截止阀将压缩机出口气流引入发生器,并构成气流通道。孔板位于蓄能器上游的截止阀内,起调节气流作用。蓄能器起着平衡、缓冲和保持气流压力稳压作用。在快速全开防喘振阀的瞬间,压缩机排气压力迅速下降变小,蓄能器内的气流压力在瞬间保持不变,而且气流压力大于排气压力,所以气流压力为高压,排气压力为低压,二者之差即为喘振压差。差压变送器能够采集到压缩机发生喘振时,快速全开防喘振阀的瞬间产生的喘振压差。变送器及三阀组将气流压差信号变换为电流信号,与自控系统连接。孔板、蓄能器、变送器及三阀组是发生器的主要元件。
  为此,我们从自控系统和发生器着手,查找原因如下:
  (1) 检查自控系统历史趋势上机画面喘振压差显示是否有误?线路连接是否有误?
  经仔细查看均无问题;
  (2) 检查孔板是否有问题?
  孔板应在截止阀3的活接头螺母内,但查看活接头螺母内未装节流孔板。责任是用户人员安装截止阀3时丢失了孔板,故未装。采取的措施是用户立即补制并安装孔板;
  (3) 变送器设定量程是否有问题?三阀组“高”、“低”压接管是否有问题?
  经检验变速器,设定量程正确无问题;
  经查看三阀组“高”、“低”压接管,发现用户人员将“高”、“低”压接管接反了。
  注:蓄能器下游接管进入三阀组的气流应为高压气流。
  责任是用户人员接错,采取的措施是用户人员立即调换接管方向;
  (4) 发生器的接管及截止阀是否漏气或堵塞?
  经查看各引压管及截止阀不漏气,但是从截止阀1的活接头螺母处拆掉接管,并用铁丝捅入接管,检查是否堵塞时,发现用铁丝不能捅入,然后切割与活接头螺母连接处的接管,发现接管端口内焊渣溶结完全堵塞了气流通道(见图2)。
  经分析这是喘振压差为零的主要原因,因为气流无法从该处进入孔板和变送器及三阀组。
  责任是用户人员焊接时,焊渣流入接管内溶结,造成通道堵塞。采取的措施是用户人员立即切除接管的堵塞段,更换活接头螺母,并和接管重新焊接;
  (5) 经仔细检查其它接管及截止阀无堵塞

3 试验气体选择

  压缩机设计介质参数
  介质:NOx
  介质组份: N2=85.23% O2=6.39% H2O=1.22% NO=2.85% NO2=3.95% N2O4=0.36%
  气体常数: 286.9 J/kg.K
  绝热指数: 1.401 /
   因为空气和设计介质NOx的物理性质基本相似,所以我们选择空气作为试验气体。

4 防喘振参数试验及设定

  以上质量问题解决后,重新进行喘振试验。因为试验时压缩机由汽轮机拖动,汽轮机可调转速范围为8271~9650 r/min。压缩机设计转速为9100 r/min,“四合一”机组开车转速为8659 r/min。所以我们分别在设计转速和开车转速下进行喘振试验。
  为了直观喘振初期现象,我们在压缩机出口管路引接了一个精密压力表。根据文献[1],判断喘振初期现象的依据是观察出口管路中的精密压力表指针的变化,当指针回摆压力下降时,可认为压缩机进入了喘振区,即发生了喘振初期现象。此刻应立即快速全开全开防喘振阀,消除喘振现象,并查看自控系统上机画面显示的喘振压差等试验参数。
  硝酸“四合一”机组是由汽轮机、氧化氮压缩机、轴流压缩机和尾气透平机组成,氧化氮压缩机单独进行喘振试验。试验前轴流压缩机和尾气透平机不与氧化氮压缩机连接。氧化氮压缩机进口
不连接管道,只在进口法兰处加铁网防止杂物进入。喘振试验布置示意图(见图3)。
  上机画面显示的试验参数(见表1)。

  从表1可知:
  (1)在同一转速不变下,压缩机进入已喘振前,出口表压不断变化过程中,喘振压差始终为零。在任何负荷下,只有当压缩机运行进入喘振区域,发生器才会产生喘振压差不为零的数值;
  (2)转速越大,防喘振阀瞬间快速全开下喘振压差越大。
   因为对压缩机是进行喘振试验,不是热力性能试验,而且防喘振控制只是判断喘振压差瞬间变化量,所以,不需考虑试验运转条件不同而对喘振试验结果带来的影响。
   防喘振参数设定
  因为压缩机通常在设计转速和开车转速的范围运行,为了确保压缩机安全可靠的运行,我们将开车转速下的喘振压差(56.85 kPa)作为喘振参数设定值。防喘振参数设定值可考虑20%的裕度,即当喘振压差≥45.5 kPa时,压缩机防喘振阀会快速全开,自控系统联锁停机。

5 结论

  5.1 思考所出现的质量问题均是由于工作粗心、马虎所犯的低级错误。如果对工作认真、仔细、负责,这些低级错误是可以避免的。 虽然找出了原因,解决了问题,但影响了工作进度,而且浪费了人力和物力;
  5.2 喘振压差是防喘振阀瞬间快速全开下,压缩机排气表压的变化值。压缩机转速越大,发生器产生的喘振压差越大;
  5.3 压缩机在运行中,只要快速全开防喘振阀,喘振压差就不应该为零。为此建议:以后试验人员对氧化氮压缩机进行喘振试验前,先不要直接关防喘振阀加压到发生喘振现象,因为此时快速全开防喘振阀若出现喘振压差为零的问题,相当于工作白做。可先稍微关防喘振阀,将压缩机出口表压加压到≈0.14 MPa,然后快速全开防喘振阀,并查看上机画面显示的喘振压差是否有不为零的数值?若喘振压差为零,则需要检查、处理及解决问题。若喘振压差有不为零的数值,则可以正式开始做喘振试验;
  5.4 因为压缩机发生喘振初期现象前喘振压差始终为零,只有当快速全开防喘振阀的瞬间,喘振压差才有不为零的数值,所以,采用快速全开防喘振阀瞬间发生器产生的喘振压差作为喘振参数,并适当设定防喘振参数,对于压缩机运行是安全的。

参考文献

李怀庆. 轴流压缩机喘振初期现象的特性分析.流体机械,2001(11)

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  评论人:不锈钢网   打分:0 分  发表时间:2015-8-7 11:47:15
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