淺談離心式循環(huán)氫壓縮機(jī)在柴油加氫裝

1、淺談離心式循環(huán)氫壓縮機(jī)在50萬噸/年柴油加氫裝置的防喘振控制劉霞，盧振海，陳文，劉會(huì)利大港石化公司第四聯(lián)合車間摘要：喘振是離心式壓縮機(jī)的一種特有現(xiàn)象。在工藝操作過程中喘振控制通常并不是主要的，但作為一個(gè)壓縮機(jī)的保護(hù)裝置來說卻又是主要的，因?yàn)橐坏┐癜l(fā)生，壓縮機(jī)將處于不安全的工作狀態(tài)，因此任何一個(gè)操作可能使壓縮機(jī)流量下降到喘振流量以下的系統(tǒng)，都應(yīng)該設(shè)置喘振控制。喘振控制的是否恰當(dāng)直接影響著壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。關(guān)鍵詞：防喘振、系統(tǒng)壓力、循環(huán)量、平均分子量、反應(yīng)溫升所謂離心式壓縮機(jī)的防喘振是指離心式壓縮機(jī)在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，有時(shí)會(huì)突然產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，氣體介質(zhì)的流量和壓力也出現(xiàn)大幅度脈動(dòng)，并伴有周期性沉悶的

2、“呼叫”聲，以及氣流波動(dòng)在管網(wǎng)中引起的“呼哧”、“呼哧”的強(qiáng)噪聲，這種現(xiàn)象統(tǒng)稱為壓縮機(jī)的喘振工況，壓縮機(jī)不能在喘振工況長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。一旦壓縮機(jī)進(jìn)入喘振工況，操作人員應(yīng)立即采取調(diào)節(jié)措施，降低出口壓力，或增加入口流量，使壓縮機(jī)工況點(diǎn)脫離喘振區(qū)，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。離心式壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，則機(jī)組和管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)具有以下明顯特征：1、氣體介質(zhì)的出入口壓力和流量大幅度變化，有時(shí)還可能產(chǎn)生氣體倒流現(xiàn)象，氣體介質(zhì)由壓縮機(jī)排出轉(zhuǎn)為倒流。這是較危險(xiǎn)的工況；2、管網(wǎng)有周期性振蕩，振幅大，頻率低，并伴有周期性“吼叫”聲； 3、壓縮機(jī)震動(dòng)強(qiáng)烈，機(jī)殼、軸承均有強(qiáng)烈振動(dòng)。并發(fā)出強(qiáng)烈的、周期性的氣流聲，由于振動(dòng)強(qiáng)烈，軸承

3、液體潤(rùn)滑條件會(huì)遭到破壞，軸瓦會(huì)燒壞。轉(zhuǎn)子與定子會(huì)產(chǎn)生磨擦、碰撞，密封元件將嚴(yán)重破壞。對(duì)于離心式壓縮機(jī)本身來說，防喘振控制是壓縮機(jī)較為復(fù)雜的控制，這是離心式壓縮機(jī)的特性決定的，而對(duì)于50萬噸/年柴油加氫裝置的循環(huán)氫壓縮機(jī)來說其主要介質(zhì)為氫氣，所以不能直接放空，壓縮機(jī)喘振時(shí)，打開防喘振閥，壓縮機(jī)出口介質(zhì)通過防喘振閥進(jìn)入壓縮機(jī)的入口，這樣就解決了壓縮機(jī)的喘振問題，但不是所有的循環(huán)氫壓縮機(jī)都需要設(shè)置防喘振控制系統(tǒng)，如30萬噸/年重整的離心式循環(huán)氫壓縮機(jī)就沒有該設(shè)置，其原因如下：1、打開防喘振閥后容易使重整裝置的循環(huán)氫短路，使得重整裝置的加熱爐的爐管結(jié)焦，并且容易損壞重整催化劑，這對(duì)重整裝置將造成很大的

4、損傷；2、重整裝置的副產(chǎn)品為氫氣，裝置生產(chǎn)大量的氫氣外排，循環(huán)氫壓縮機(jī)入口流量減小的因素很小，整個(gè)循環(huán)氫回路沒有自動(dòng)控制閥，所以循環(huán)氫壓縮機(jī)幾乎不可能工作到喘振區(qū)域。而50萬噸/年柴油加氫裝置是一個(gè)耗氫的反應(yīng)，當(dāng)循環(huán)氫中氫被耗用掉時(shí)，可用新氫壓縮機(jī)向系統(tǒng)補(bǔ)充氫氣，以確保系統(tǒng)壓力和循環(huán)氫量正常，所以當(dāng)打開防喘振閥時(shí)雖然部分循環(huán)氫發(fā)生了短路，但新氫會(huì)補(bǔ)充循環(huán)氫的氣量，不會(huì)造成循環(huán)氫氣量驟降；此外根據(jù)柴油油品性質(zhì)的不同，循環(huán)氫壓縮機(jī)入口流量減小的因素很大，因此柴油加氫裝置的循環(huán)氫壓縮機(jī)必須設(shè)置防喘振控制系統(tǒng)。下面淺談一下50萬噸/年柴油加氫裝置的循環(huán)氫壓縮機(jī)的防喘振控制。正常情況下防喘振的開度大小反

5、映出壓縮機(jī)出入口壓力的變化，諸如由于反應(yīng)器壓差增大，爐管出入口壓差增大等因素的影響，使得壓縮機(jī)出入口壓差變大，會(huì)造成壓縮機(jī)入口流量減少，從而需要開大防喘振閥。此種情況并不是壓縮機(jī)本身的原因造成的，其調(diào)整方法如下：1、當(dāng)裝置壓力波動(dòng)時(shí)，防喘振閥開度、系統(tǒng)壓力、反應(yīng)器溫升、壓縮機(jī)入口流量之間的關(guān)系為：當(dāng)系統(tǒng)壓力降低時(shí)壓縮機(jī)入口流量也會(huì)降低，為了使壓縮機(jī)不發(fā)生喘振，最迅速有效的方式就是開大防喘振的開度，這一操作將導(dǎo)致部分循環(huán)氫短路，那么去反應(yīng)器的循環(huán)氫量就會(huì)減少，也會(huì)造成反應(yīng)器的溫度上升，即反應(yīng)器溫升增大了，如果不加以控制，將會(huì)造成反應(yīng)器床層飛溫。為了避免這一現(xiàn)象的發(fā)生，就要增大去反應(yīng)器的循環(huán)氫量，

6、即加大新氫的補(bǔ)入量，而新氫量在循環(huán)氫中占的比例大了就會(huì)使循環(huán)氫的氫純度升高，其平均分子量變小，也就是說體積流量增大了質(zhì)量流量卻減小了。而50萬噸/年柴油加氫裝置的循環(huán)氫壓縮機(jī)的入口流量并非是體積流量而是質(zhì)量流量，因此壓縮機(jī)的入口流量實(shí)際上是減小了，并且當(dāng)向系統(tǒng)中補(bǔ)充新氫的同時(shí)系統(tǒng)壓力也會(huì)升高，直至壓力恢復(fù)正常操作值。此時(shí)則出現(xiàn)了關(guān)鍵的操作點(diǎn)，就是壓縮機(jī)應(yīng)適當(dāng)?shù)年P(guān)小防喘振或適當(dāng)升高轉(zhuǎn)速（當(dāng)軸承各點(diǎn)的振動(dòng)、位移、溫度均處于正常狀態(tài)時(shí)），隨著循環(huán)氫量中回流的氣量的減少，壓縮機(jī)的入口流量會(huì)暫時(shí)降低一些，但打入系統(tǒng)的循環(huán)氫量會(huì)增大，帶走的反應(yīng)溫升也會(huì)變多，也就使較高的反應(yīng)氣溫升降下來；同時(shí)由于循環(huán)氫體積

7、流量的增大，參與反應(yīng)器反應(yīng)的氫氣也就會(huì)增加，那么系統(tǒng)壓力又會(huì)再次降低。此時(shí)加氫主操應(yīng)采取適當(dāng)關(guān)小高分壓控減少排放的循環(huán)氫量的方法，提高系統(tǒng)壓力。這一操作使反應(yīng)后產(chǎn)生的硫化氫等重組分的氣體減少了排放，循環(huán)氫中氫的純度就會(huì)下降，其平均分子量就會(huì)上升即質(zhì)量流量就會(huì)增大，那么壓縮機(jī)的入口流量也會(huì)隨之增加。這時(shí)再適當(dāng)關(guān)小防喘振或適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速，使去反應(yīng)器的循環(huán)氫量增加，便會(huì)再次出現(xiàn)上述過程，直至防喘振開度、系統(tǒng)壓力、反應(yīng)器溫升、壓縮機(jī)入口流量均恢復(fù)正常值。這種操作是一種良性循環(huán)。那么當(dāng)系統(tǒng)壓力恢復(fù)到正常操作壓力時(shí)，壓縮機(jī)若不適當(dāng)關(guān)小防喘振或適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速會(huì)有什么樣的影響呢？我們來分析一下。若不適當(dāng)關(guān)小防喘振

8、或適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速（當(dāng)軸承各點(diǎn)的振動(dòng)、位移、溫度均處于正常狀態(tài)時(shí)），系統(tǒng)壓力就會(huì)繼續(xù)升高，加氫主操為使系統(tǒng)壓力降至正常值會(huì)開大高分壓控，放走反應(yīng)后的循環(huán)氫氣體，那么重組分的氣體會(huì)被大量排出，系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)氫的氫純度就會(huì)進(jìn)一步的升高，其平均分子量就會(huì)進(jìn)一步減小，壓縮機(jī)入口流量也會(huì)降低；為不發(fā)生喘振，壓縮機(jī)只能再開大防喘振的開度，從而使反應(yīng)器的循環(huán)量再次減少。此種操作為一種惡性循環(huán)，會(huì)造成反應(yīng)器溫度增大、壓差增大，此種操作不可取。如圖一所示。系統(tǒng)壓力降低時(shí)壓機(jī)入口流量低防喘振開大去反應(yīng)器的循環(huán)氫氣量減少反應(yīng)溫升上升循環(huán)氫氫純度升高平均分子量變小系統(tǒng)壓力升高系統(tǒng)壓力恢復(fù)正常壓縮機(jī)不適當(dāng)關(guān)小防喘振主操開大高

9、分壓控惡性循環(huán)適當(dāng)關(guān)小防喘振或適當(dāng)升高轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)入口流量暫時(shí)降低去反應(yīng)器的循環(huán)氫氣量增加反應(yīng)器溫升降低主操適當(dāng)關(guān)小高分壓控循環(huán)氫氫純度下降平均分子量上升壓機(jī)入口流量增加適當(dāng)關(guān)小防喘振或適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速良性循環(huán)圖一2、當(dāng)系統(tǒng)處于升壓過程時(shí)，防喘振閥開度、系統(tǒng)壓力、反應(yīng)器溫升、壓縮機(jī)入口流量之間的關(guān)系為：此種情況一般是裝置處于開工狀態(tài)。為保證壓縮機(jī)入口流量，使其不發(fā)生喘振，一般壓縮機(jī)的防喘振開度都較大，因而去反應(yīng)器的循環(huán)氫量較少。為了增大去反應(yīng)器的循環(huán)氫量，就會(huì)加大新氫的補(bǔ)入量，直至系統(tǒng)壓力至正常操作值。若不適當(dāng)關(guān)小防喘振或適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速（當(dāng)軸承各點(diǎn)的振動(dòng)、位移、溫度均處于正常狀態(tài)時(shí)），系統(tǒng)壓力就會(huì)繼續(xù)

10、升高，加氫主操為使壓力降至正常值會(huì)開大高分壓控，放走反應(yīng)后的循環(huán)氫，大量重組分的氣體就會(huì)被排出，系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)氫的氫純度就會(huì)進(jìn)一步的升高，平均分子量也就會(huì)進(jìn)一步減小即壓縮機(jī)入口流量降低。此為不發(fā)生喘振，壓縮機(jī)只能再開大防喘振的開度，從而使反應(yīng)器的循環(huán)氫量再次減少，為惡性循環(huán)。若壓縮機(jī)應(yīng)適當(dāng)?shù)年P(guān)小防喘振或適當(dāng)升高轉(zhuǎn)速（當(dāng)軸承各點(diǎn)的振動(dòng)、位移、溫度均處于正常狀態(tài)時(shí)），隨著循環(huán)氫中打回流的氣量的減少，壓縮機(jī)的入口流量會(huì)暫時(shí)的降低一些，但由于打入系統(tǒng)的循環(huán)氫量的增大，循環(huán)氫氣體帶走的反應(yīng)器溫升就會(huì)增多，所以較高的反應(yīng)器溫升也就降下來了。同時(shí)由于循環(huán)氫體積流量的增大，參與反應(yīng)器反應(yīng)的氫氣就增加，系統(tǒng)壓力又

11、會(huì)再次降低。此時(shí)，加氫主操應(yīng)采取適當(dāng)關(guān)小高分壓控減少循環(huán)氫量排放的方法來提高系統(tǒng)壓力，即由于反應(yīng)后產(chǎn)生的硫化氫等重組分的氣體減少了排放，循環(huán)氫中氫的純度就會(huì)下降，其平均分子量就會(huì)上升即質(zhì)量流量就會(huì)增大，那么壓縮機(jī)的入口流量也會(huì)隨之增加，此時(shí)再適當(dāng)關(guān)小防喘振或適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速（當(dāng)軸承各點(diǎn)的振動(dòng)、位移、溫度均處于正常狀態(tài)時(shí)），使去反應(yīng)器的循環(huán)氫量增加，再次出現(xiàn)上述過程，直至防喘振開度、系統(tǒng)壓力、反應(yīng)器溫升、壓縮機(jī)入口流量均恢復(fù)正常值，這種操作是一種良性循環(huán)。如圖二所示。壓縮機(jī)防喘振開度大壓縮機(jī)防喘振開度大去反應(yīng)器的循環(huán)氫氣量減少主操為控制升壓速度開大壓控反應(yīng)器溫升升高，系統(tǒng)升壓較快系統(tǒng)壓力升至規(guī)定壓力若壓縮機(jī)不適當(dāng)關(guān)小防喘振主操開大高分壓控循環(huán)氫純度升高，平均分子量下降壓縮機(jī)入口流量升不上來惡性循環(huán)適當(dāng)關(guān)小防喘振或適當(dāng)升高轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)入口流量暫時(shí)降低去反應(yīng)器的循環(huán)氫氣量增加主操適當(dāng)關(guān)小高分壓控循環(huán)氫氫純度下降平均分子量上升壓機(jī)入口流量增加適當(dāng)關(guān)小防喘振或適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速良性循環(huán)系統(tǒng)壓力下降圖二當(dāng)然，要達(dá)到這種良性的循環(huán)是需要一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)