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大型煤化工裝置大機(jī)組性能優(yōu)化與探索

2022-08-13 03:59
化肥設(shè)計 2022年3期
關(guān)鍵詞:離心機(jī)壓縮機(jī)修正

張 靜

(河南龍宇煤化工有限公司,河南 永城 476600)

某公司二氧化碳壓縮機(jī)改造前一直是一臺二氧化碳離心機(jī)和兩臺往復(fù)機(jī)同時運(yùn)行模式,因往復(fù)機(jī)B機(jī)基礎(chǔ)存在缺陷,無法長時間運(yùn)行,平時僅作為緊急備機(jī),這種情況下,另外兩臺往復(fù)機(jī)長期運(yùn)行,振動大,一旦有一臺出現(xiàn)故障,就不利于生產(chǎn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

在往復(fù)機(jī)出現(xiàn)故障后,若檢修時間較長,且B機(jī)無法長時間運(yùn)行,按照以往的處置措施,都是向氣化裝置CO2系統(tǒng)補(bǔ)入事故氮來維持系統(tǒng)用氣,但帶來的風(fēng)險也隨之增加(主要是系統(tǒng)氮?dú)夂吭黾?,后系統(tǒng)放空量增大),不利于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。其次,這種操作有CO2和氮?dú)饣ゴL(fēng)險,合成氣壓縮機(jī)干氣密封一、二級氣源使用的是高壓氮?dú)?,一旦CO2串入,高壓的CO2在減壓過程中會造成閥門、管線結(jié)霜,造成閥門卡澀,對合成氣壓縮機(jī)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行造成威脅。一期三臺往復(fù)機(jī),一臺離心機(jī),此前運(yùn)行模式是一臺離心機(jī)和兩臺往復(fù)機(jī)運(yùn)行,才能保證一、二期氣化同時用氣需要。通過對一、二期氣化用氣模式以及機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷的優(yōu)化調(diào)整,最終實(shí)現(xiàn)了單臺離心機(jī)與單臺往復(fù)機(jī)運(yùn)行的模式,降低了往復(fù)機(jī)備機(jī)風(fēng)險,減少了運(yùn)行成本。

1 問題描述

上述優(yōu)化后的單臺往復(fù)機(jī)和離心機(jī)長期處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài),由于往復(fù)機(jī)原設(shè)計存在缺陷(排氣緩沖器及分離器設(shè)計偏小管道布置不合理,已進(jìn)行改造),負(fù)荷高時,機(jī)組缸體及工藝氣管線振動大,不利于長周期穩(wěn)定運(yùn)行。為了解決此問題,挖掘CO2氣系統(tǒng)可優(yōu)化空間,通過對往復(fù)機(jī)“一回一”進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整,也對二氧化碳離心機(jī)防喘振系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行了優(yōu)化處理,對防喘振曲線進(jìn)行了修正,實(shí)現(xiàn)了防喘振閥FV37050關(guān)閉,避免了3 000 Nm3/h的CO2氣打回流,回流減小,高壓蒸汽消耗從原來的63t/h降至61.5t/h,同時將單臺往復(fù)機(jī)運(yùn)行負(fù)荷控制在合理區(qū)間,單臺往復(fù)機(jī)運(yùn)行一段出口壓力通過“一回一”調(diào)整,從未調(diào)整前的0.23 MPa降至0.20 MPa,往復(fù)機(jī)振動明顯出現(xiàn)好轉(zhuǎn)。

2 改造內(nèi)容

(1)原來二氧化碳壓縮機(jī)一直是一臺二氧化碳離心機(jī)和兩臺往復(fù)機(jī)同時運(yùn)行。此運(yùn)行模式的優(yōu)點(diǎn)是壓縮機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定、負(fù)荷低、工況調(diào)整余量大。缺點(diǎn)是耗能高(主要是電耗高),兩臺往復(fù)機(jī)運(yùn)行,缸體及活塞填料的潤滑油用量從每月的將近一桶降至每月1/2桶(往復(fù)機(jī)軸承潤滑油與缸體及活塞填料潤滑使用的不是同一種油,缸體與活塞填料用油直接帶入工藝氣,通過分離器分離直接排污收集后處理)。

通過加強(qiáng)對單臺往復(fù)機(jī)的振動改造,使往復(fù)機(jī)運(yùn)行時振動下降,同時優(yōu)化離心機(jī)防喘振系統(tǒng)。經(jīng)過優(yōu)化操作,實(shí)現(xiàn)了一臺往復(fù)機(jī)和一臺離心機(jī)運(yùn)行模式,一次性大幅度降低了機(jī)組能耗。

(2)二氧化碳離心機(jī)K37001正常運(yùn)行時,因一段實(shí)際運(yùn)行工作點(diǎn)接近防喘振線,且沈鼓自帶系統(tǒng)的邏輯設(shè)置,防喘振閥的開度是優(yōu)先級,不管是自動或者手動狀態(tài),只要運(yùn)行工作點(diǎn)貼近防喘振線,防喘振閥都會非線性開啟。為了避免防喘振閥誤動作,正常運(yùn)行時,實(shí)際運(yùn)行工作點(diǎn)始終保持一段入口防喘振閥有一定開度,一段入口流量FI37050控制偏高,F(xiàn)I37050的額定值為36 000 Nm3/h,設(shè)計值為33 000 Nm3/h),也就是始終有3 000 Nm3/h的氣在打回流,不但不利于機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行,同時也增加了機(jī)組的蒸汽耗量。在實(shí)際運(yùn)行中,技術(shù)管理人員經(jīng)過一段時間運(yùn)行實(shí)踐摸索,一段防喘振閥開度在轉(zhuǎn)速6 700 r/min左右的前提下,由原來的60%左右,逐漸關(guān)至10%,防喘振閥調(diào)整的同時,入口流量只是減少了1 000~2 000 Nm3/h,并不能達(dá)到設(shè)計指標(biāo)。

為進(jìn)一步減少機(jī)組一段回流、實(shí)現(xiàn)FV37050全關(guān)的目標(biāo),技術(shù)人員一起反復(fù)論證、摸索,在保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的前提下,決定從下位程序中對閥門防喘振工作點(diǎn)進(jìn)行修正,以達(dá)到實(shí)時修正工作點(diǎn)的目的。也就是使機(jī)組實(shí)際運(yùn)行工作點(diǎn)遠(yuǎn)離防喘振線,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)FV37050關(guān)閉。

在源程序中工作點(diǎn)(以FIC37050為例)r1Hc01前添加一個具有手動修改權(quán)限的參數(shù)kFI37050XS(低壓缸系數(shù)設(shè)定值),初始值設(shè)置為1,其后增加一個MUL,將溫壓補(bǔ)償功能塊與之相乘,其輸出再與防喘振工作點(diǎn)相連。

為防止在對工作點(diǎn)進(jìn)行修正時輸入修正系數(shù)錯誤,導(dǎo)致防喘振工作點(diǎn)過大或者過小,從而對防喘振閥造成影響,進(jìn)而影響機(jī)組安全運(yùn)行,特在監(jiān)控畫面中對修正系數(shù)輸入框進(jìn)行限值,使系數(shù)在1~1.3之間,超出范圍則無法輸入,從源頭上防止誤操作事件的發(fā)生。

同時,將修正系數(shù)權(quán)限設(shè)置為最高權(quán)限,只有工程師在最高權(quán)限下方可對修正系數(shù)進(jìn)行修改。完成后的效果見圖2。

圖2 修改程序

程序修改后下裝完成,2021年4月2日9∶00,分別對一段入口防喘振工作點(diǎn)進(jìn)行了修正,在修正一段入口防喘振工作點(diǎn)的同時,安排技術(shù)人員優(yōu)化工況,同時,仔細(xì)確認(rèn)二氧化碳往復(fù)機(jī)的備機(jī)狀態(tài),確保在修正過程中,二氧化碳離心機(jī)一旦出現(xiàn)波動,另外兩臺往復(fù)機(jī)能及時啟動,保證氣化裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 改造效果

通過優(yōu)化往復(fù)機(jī)運(yùn)行模式及二氧化碳離心機(jī)防喘振工況,生產(chǎn)裝置可靠性大大增強(qiáng),機(jī)組運(yùn)行效率提高。

(1)優(yōu)化CO2機(jī)組運(yùn)行模式,實(shí)現(xiàn)單臺往復(fù)機(jī)與離心機(jī)運(yùn)行,在滿足生產(chǎn)用氣需求的同時,節(jié)省一臺往復(fù)機(jī)運(yùn)行費(fèi)用,但該模式需把往復(fù)機(jī)負(fù)荷加至滿負(fù)荷狀態(tài)(往復(fù)機(jī)一段出口壓力達(dá)到0.23 MPa,原設(shè)計值0.24 MPa,因往復(fù)機(jī)原設(shè)計缺陷、排氣緩沖器及分離器設(shè)計偏小、管線布置不合理等未達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)),機(jī)組振動增大,不利于長周期穩(wěn)定運(yùn)行,經(jīng)過優(yōu)化離心機(jī)防喘振系統(tǒng)后,降低了單臺往復(fù)機(jī)負(fù)荷,提高了上述單臺往復(fù)機(jī)和離心機(jī)運(yùn)行模式下的可靠性,為裝置長周期運(yùn)行奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。

(2)離心機(jī)防喘振系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整后,往復(fù)機(jī)一段出口壓力通過“一回一”調(diào)整至0.20 MPa,降低了機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷,振動明顯下降,提高了機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性。二氧化碳離心機(jī)運(yùn)行效率提高,可以減少回流3 000 Nm3/h,二氧化碳?xì)饩o缺的狀況得到扭轉(zhuǎn),一、二期氣化用氣量也得到了保證。

(3)防喘振關(guān)閉后,二氧化碳離心機(jī)組減少,每小時可節(jié)省的驅(qū)動蒸汽最少1 t/h,高壓蒸汽價格按照200元/t,可節(jié)省0.5萬元/d,每月節(jié)省15萬元,每年運(yùn)行周期按照10個月計算,可節(jié)省成本超過200萬元。

(4)一臺往復(fù)機(jī)電機(jī)功率是4 000 kW,電費(fèi)按0.65元/kW·h計算,一臺往復(fù)機(jī)按照實(shí)際運(yùn)行時60%負(fù)荷計算,消耗電2 400 kW·h,每天運(yùn)行所需電費(fèi)為:2 400×0.65×24=3.744萬元,每月消耗電費(fèi)為:3.744×30=112.32萬元,每年運(yùn)行時間以11個月計,消耗電費(fèi)為:112.32×11=1 235.52萬元(原運(yùn)行狀態(tài)是一臺離心機(jī)和兩臺往復(fù)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行,優(yōu)化后是一臺離心機(jī)和一臺往復(fù)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行)。

(5)節(jié)省離心機(jī)控制系統(tǒng)改造費(fèi)用200萬元。

(6)離心機(jī)與二氧化碳壓縮機(jī)運(yùn)行模式的優(yōu)化,每年可節(jié)省運(yùn)行成本(274+2060+200)萬元=2534萬元。

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