氮压机安全经济运行技术改造实践_周金城.pdf

收稿日期:2022-09-13氮压机安全经济运行技术改造实践周金城，刘江淮，王胜利(安徽马钢气体科技有限公司，安徽 马鞍山 243000)摘要:针对马钢 35 000 m3/h 空分设备 2#氮压机运行时出现的主电机电流高、喘振故障、氮气放散率高与入口调节阀卡阻的问题，通过对氮压机入口调节阀、防喘振阀分步实施技术改造，保障了氮压机安全经济运行。叙述了 2#氮压机运行过程中马钢氮气管网压力升高时，氮压机主电机电流高、喘振故障、氮气放散率高的现象与原因，阐述了对氮压机入口调节阀、防喘振阀实施技术改造的具体方法，介绍了氮压机入口调节阀的卡阻原因及技术改造方法。关键词:空分设备;氮压机;入口调节阀;放空阀;执行机构;压力;流量中图分类号:TB657文献标志码:A文章编号:1007-7804(2023)01-0011-04doi:10.3969/j.issn.1007-7804.2023.01.004Technical Transformation Practice of Safe and Economical Operation ofNitrogen CompressorZHOU Jincheng，LIU Jianghuai，WANG Shengli(Anhui Masteel Gas Technology Co，Ltd，Maanshan 243000，China)Abstract:Aiming at the problems of high current of main motor，surge fault，high nitrogen emission rate and blockage ofinlet regulating valve in the operation of 2#nitrogen compressor of Masteels 35 000 m3/h air separation equipment，the safeand economical operation of nitrogen compressor was ensured by implementing technical transformation of inlet regulatingvalve and anti-surge valve of nitrogen compressor step by step This paper describes the phenomena and reasons of high cur-rent，surge fault and high nitrogen emission rate of the main motor of the nitrogen compressor when the pressure of nitrogenpipe network of Masteel rises during the operation of 2#nitrogen compressor，expounds the concrete methods of technicaltransformation of the inlet regulating valve and anti-surge valve of the nitrogen compressor，and introduces the blocking rea-sons and technical transformation methods of the inlet regulating valve of the nitrogen compressorKey words:air separation equipment;nitrogen compressor;inlet regulating valve;exhaust valve;executive mechanism;pressure;traffic1前 言马鞍山钢铁股份有限公司(以下简称:马钢)35 000 m3/h 空分设备为法液空集团设计、制造，采用膨胀空气进上塔、氧气与氮气外压缩、全精馏制氩工艺流程。35 000 m3/h 空分设备配套 2 台自国外全套引进的 20 000 m3/h 离心式氮压机，将上塔顶部提取的低压产品氮气进行压缩，输入马钢中压氮气管网。35 000 m3/h 空分设备 2#氮压机由美国英格索兰公司设计、制造，氮压机为整体齿轮式，采用 5 级压缩。在氮压机入口低压氮气管道、出口中压氮气管道分别设置 1 只入口调节阀、防喘振阀，以调节氮压机出口压力和流量。原设计的氮压机入口调节阀、防喘振阀均为气动调节阀，由气动执行机构和阀体构成，阀体均为蝶阀。氮压机出口压力联锁停机值、主电机电流高报警值分别设计为 1 95 MPa、178 A。35 000 m3/h 空分设备2#氮压机自投产，在主线厂氮气需求量减少，马钢氮气管网压力升高，调节氮第 41 卷第 1 期低 温 与 特 气Vol.41，No.12023 年 2 月Low Temperature and Specialty GasesFeb.，2023压机入口调节阀、防喘振阀，降低氮压机出口压力、氮气并网量时，氮压机主电机电流高、氮压机发生喘振故障、氮气放散率大。同时，冬季低温环境下，氮压机入口调节阀发生卡阻故障。为此，根据氮压机设备结构特点与特性曲线，分步对氮压机入口调节阀、防喘振阀进行技术改造，使氮压机安全经济运行。2防喘振阀2 1防喘振阀变更氮压机原设计 1 只气动回流阀作为防喘振阀，在马钢管网氮气压力较高时，开启气动回流阀，将氮压机出口部分的中压氮气经回流阀节流降压，输入氮压机入口的低压氮气管道。以此降低氮压机出口氮气压力，避免氮压机出口氮气流量降低。2 1 1存在问题与原因分析在马钢管网氮气压力升高时，根据管网氮气压力升幅，35 000 m3/h 空分设备2#氮压机回流阀的阀门开度逐步增大，造成 2#氮压机主电机电流同步增大，2#氮压机运行经济性较低、运行能耗增大。2#氮压机开启回流阀时运行参数如表 1 所示。表 12#氮压机运行参数Table 1Operation parameters of 2#nitrogen compressor回流阀开度%运行参数出口压力MPa出口流量m3/h并网流量m3/h电流A01 7520 00020 000165101 7820 10019 100168201 8220 30018 000170301 8320 50017 000177381 8420 80016 2001802#氮压机将回流阀作为防喘振阀，在开启氮压机回流阀，将 2#氮压机出口的中压氮气经回流阀节流、减压为低压氮气，进入氮压机入口低压氮气管道时，氮压机入口低压氮气进气量增加，氮气被重复压缩，氮压机实际压缩量增大，造成氮压机主电机电流增大。2 1 2技术改造鉴于马钢管网氮气压力大幅度、高频率波动的实际状况，为避免 2#氮压机开启回流阀时主电机电流大于高报警值 178 A，同时为降低 2#氮压机运行能耗，经英格索兰公司技术人员现场指导，对 2#氮压机防喘振阀进行技术改造，改造方法如下。1 氮压机设计气动放空阀作为防喘振阀，将氮压机出口部分中压氮气排入大气，保持氮压机出口压力与主电机电流稳定。2 氮压机放空阀类型与氮压机原设计回流阀类型相同，设计为气动蝶阀。3 将氮压机原设计的回流阀及其出口管道拆卸，保留氮压机原设计的回流阀进气管道，使氮压机放空阀进气端管道与原设计回流阀的进气管道连接，氮压机放空阀出口端管道与新增设的放空消音器连接，氮压机出口部分中压氮气经放空阀调节，进入放空消音器排放。2010 年 10 月，2#氮压机放空阀安装完毕并投入使用。在马钢管网氮气压力升至高报警值时，开启放空阀，调节氮压机出口压力、流量，2#氮压机主电机电流170 A，效果明显。2 2放空阀改型2 2 1存在问题与原因分析35 000 m3/h 空分设备 2#氮压机处于马钢氮气管网高压区域，且氮气压力波动大。2#氮压机放空阀设计为气动蝶阀，在马钢氮气管网压力大幅度、频繁波动时，气动放空蝶阀调节线性不佳、调节性能低，无法及时、精确调节 2#氮压机出口压力、流量。在较短时间内，马钢管网氮气压力升至高报警值 1 85 MPa 时，2#氮压机气动放空蝶阀处于自动或手动调节状态，气动放空蝶阀开启速率低，氮压机出口放散量低，使 2#氮压机出口压力高、流量低，造成2#氮压机发生喘振故障，第 5 级轴振动值升至联锁停机值，氮压机自动停机。2#氮压机压力高于报警时开启气动放空蝶阀，其运行参数如表 2 所示。表 22#氮压机运行参数Table 2Operation parameters of 2#nitrogen compressor放空阀开度%运行参数出口压力MPa出口流量m3/h并网流量m3/h振动值m01 7820 00020 00013 6/30101 8518 70018 70017 8/30201 8717 80017 00022/30231 8817 00016 20033/30为避免 2#氮压机出口压力高、流量低，发生喘振故障自动停机，在马钢氮气管网压力升至 1 73MPa 时，开启 2#氮压机气动放空蝶阀，将氮压机出口部分的中压氮气放空，增大氮压机出口流量、降低21低 温 与 特 气第 41 卷出口压力，造成氮压机每月氮气放散率大于 5%，2#氮压机运行极不经济。2#氮压机压力未升至高报警值时开启气动放空蝶阀，其运行参数如表 3 所示。表 32#氮压机压力运行参数Table 3Pressure operation parameters of 2#nitrogencompressor放空阀开度%运行参数出口压力MPa出口流量m3/h并网流量m3/h振动值m01 7020 00020 00013 4/30101 7320 00019 80013 4/30201 7520 00019 30013 4/30301 7820 00015 80013 4/30321 820 00015 00013 6/302 2 2技术改造借鉴国内常温气动阀门技术的发展成果，对 35000 m3/h 空分设备 2#氮压机气动放空阀进行改型及实施国产化技术改造。即将 2#氮压机放空阀由气动蝶阀改为气动式迷宫套筒控速调节阀，气动阀由国内阀门制造商制造。气动式迷宫套筒控速调节阀在套筒中设置多级窗孔，氮压机出口中压氮气经阀芯、套筒窗孔，通过多次膨胀，逐级平缓降压放空。同时，在阀门开度范围 0%100%，迷宫套筒控速调节阀实际开度与设计调节曲线值偏差小。以此，改进氮压机气动放空阀调节线性。同时，为气动式迷宫套筒控速调节阀设计外置式增速器，提高氮压机放空阀调节灵敏度。为此，将 2#氮压机气动放空蝶阀拆卸，保留原有放空阀安装位置不变，安装国产化的迷宫套筒控速调节阀。2#氮压机启动、运行，将该型气动式迷宫套筒控速放空阀设为自动调节状态，在马钢管网压力波动大时，调整 2#氮压机放空阀微分、积分参数，缩短放空阀调节响应时间、提高放空阀调节精确度。根据 2#氮压机设置喘振曲线，将 2#氮压机出口压力设定为 1 83 MPa。根据氮压机设定 2#氮压机放空阀出口压力，自动调节放空阀的阀门开度，以保持氮压机出口压力、流量稳定。2021 年 12 月 26 日，2#氮压机气动式迷宫套筒控速放空阀安装完成，投入使用至今，2#氮压机未发生喘振故障，2#氮压机月度氮气放散率 0 1%，效果显著。3入口调节阀35 000 m3/h 空分设备 2#氮压机厂房设计为半封闭式，厂房下半部裸露于大气中，2#氮压机入口原调节阀气动执行机构设计为活塞式。3 1执行机构更换3 1 1存在问题与原因分析2#氮压机自投运以来，在冬季低温环境下，氮压机入口调节阀发生卡阻故障，造成运行状态下氮压机正常停机、自动停机时均无法卸载，氮压机启动时负载大、主电机电流高，氮压机启动完成后无法加载。经对氮压机入口调节阀冬季低温、夏季高温调节