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低溫甲醇洗氨冷凍壓縮機(jī)節(jié)能控制改造

文檔作者：許士科徐力王榮陳文檔來源：新能鳳凰﹝滕州﹞能源有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年08月29日
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上一篇：低溫甲醇洗系統(tǒng)尾氣中氫含量高的原因分析…

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小氮肥 第45 卷 第1 期 2017 年1 月
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3 結(jié)語
由于寧波中金石化有限公司的氣化爐操作壓
力低,并摻燒一半的石油焦,在運(yùn)行近1 年的時(shí)間
里出現(xiàn)了各種各樣的問題,經(jīng)過工藝和設(shè)備儀表
人員的共同努力,均得到了有效解決。但是,仍然
有些問題制約著氣化裝置的穩(wěn)定運(yùn)行,如氣化爐
爐渣中殘?zhí)己扛?、部分設(shè)備使用周期短、工藝人
員經(jīng)驗(yàn)不足等,需要操作人員不斷地學(xué)習(xí)總結(jié)經(jīng)
驗(yàn),才能克服困難,實(shí)現(xiàn)氣化裝置安全、穩(wěn)定、高效
地運(yùn)行。
(收到修改稿日期 2016-07-11)
低溫甲醇洗氨冷凍壓縮機(jī)節(jié)能控制改造
許士科 徐 力 王榮陳
(新能鳳凰﹝滕州﹞能源有限公司 山東滕州277527)
2 套MCL526 + 3MCL527 氨冷凍壓縮機(jī)組用
于新能鳳凰(滕州)能源有限公司(以下簡稱新能
鳳凰公司)的700 kt/ a 甲醇裝置,汽輪機(jī)帶動壓
縮機(jī)處理由低溫甲醇洗裝置來的氣氨,為低溫甲
醇洗裝置提供冷量,滿足低溫甲醇洗裝置的生產(chǎn)
需求。在實(shí)際運(yùn)行中,機(jī)組一直存在回流,運(yùn)行成
本較高,且沒有實(shí)現(xiàn)入口壓力自動控制功能。
1 工藝反應(yīng)原理
1. 1 工藝流程
氨壓縮制冷裝置的工藝氣系統(tǒng)由一期和二期
2 套單獨(dú)系統(tǒng)組成,進(jìn)界區(qū)氣氨管線和出界區(qū)液
氨管線一、二期公用。
低溫液氨在蒸發(fā)器中吸收熱量蒸發(fā)成氣態(tài),
部分經(jīng)過一段分離器后進(jìn)入離心式壓縮機(jī),經(jīng)低
壓缸壓縮后進(jìn)入中間冷卻器,冷卻后與經(jīng)過二段
分離器的部分氣氨混合,然后進(jìn)入高壓缸再次壓
縮,再經(jīng)防喘振冷卻器及氨冷凝器進(jìn)行冷卻,冷凝
后的液氨送入液氨貯槽。
1. 2 冰機(jī)裝置
氨冷凍壓縮機(jī)為二缸三段離心式十三級壓
縮機(jī),為了降低溫升、減少耗功,在壓縮機(jī)的低
壓缸和高壓缸間設(shè)計(jì)了1 臺冷卻器,高壓缸段
間設(shè)置了1 臺氣體冷卻器。壓縮機(jī)設(shè)計(jì)了2 路
防喘振回路,一路從壓縮機(jī)高壓缸出口回到加
氣入口,另一路從壓縮機(jī)低壓缸出口回到壓縮
機(jī)低壓缸進(jìn)口。
壓縮機(jī)機(jī)組采用ITCC 控制系統(tǒng),其控制器
采用TRICONEX TS3000 系列三重冗余容錯控
制系統(tǒng),完成機(jī)組的常規(guī)參數(shù)檢測、顯示和控
制,汽輪機(jī)調(diào)速、超速保護(hù)及壓縮機(jī)的防喘振控
制功能、汽輪機(jī)的三取二超速保護(hù)在ITCC 系統(tǒng)
中實(shí)現(xiàn)。
汽輪機(jī)為氨冷凍項(xiàng)目驅(qū)動壓縮機(jī)用,為凝汽
式,型號NK25/28。汽輪機(jī)為單出軸,單側(cè)進(jìn)汽,
采用向上進(jìn)汽和向下排汽的結(jié)構(gòu),帶有保溫材料
和罩殼,汽缸上裝有疏水閥,所有的疏水口最后都
集中到疏水膨脹箱。汽輪機(jī)帶有表面式冷凝器和
液位自動調(diào)節(jié)裝置,并配有兩級射汽抽氣裝置,以
保證冷凝器能正常工作。
2 氨冷凍壓縮機(jī)控制改造背景
新能鳳凰公司2 臺氨制冷壓縮機(jī)目前并聯(lián)運(yùn)
行,為實(shí)現(xiàn)氨冷凍機(jī)組自動控制、調(diào)速系統(tǒng)串級調(diào)
節(jié)和減小喘振閥開度、降低機(jī)組能耗、消除機(jī)組的
喘振及停車風(fēng)險(xiǎn)、實(shí)現(xiàn)機(jī)組長周期穩(wěn)定安全運(yùn)行,
對冰機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了節(jié)能技術(shù)改造。氨制冷壓縮機(jī)
運(yùn)行中存在以下問題:
(1) 二期壓縮機(jī)入口壓力顯著低于總管壓
力,存在壓力損失。
(2) 氨制冷壓縮機(jī)控制系統(tǒng)不能投全自動
運(yùn)行,目前采用手動控制。手動控制在工藝波動
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萬方數(shù)據(jù)
小氮肥 第45 卷 第1 期 2017 年1 月
時(shí)存在易導(dǎo)致壓縮機(jī)喘振或突然停車的風(fēng)險(xiǎn),影
響壓縮機(jī)的長滿優(yōu)運(yùn)行,甚至?xí)绊懙饺到y(tǒng)的
運(yùn)行。
(3) 高、低壓缸喘振線不準(zhǔn)確,操作人員憑
經(jīng)驗(yàn)手動操作回流閥,導(dǎo)致壓縮機(jī)回流閥開度大,
其中:一期壓縮機(jī)低壓缸的回流閥FVI-2530 開度
為34%;二期壓縮機(jī)低壓缸回流閥FVI-2530 開
度為44%,FV-2533B 開度為58%。壓縮機(jī)回流
閥開度大會導(dǎo)致壓縮機(jī)運(yùn)行能耗過高,一期蒸汽
耗量10. 9 t/ h,二期蒸汽耗量8. 8 t/ h 。
(4) 流量/ 壓力變送器安裝在取壓點(diǎn)下方,
且變送器引壓管較長,達(dá)到6 m 以上,流量/ 壓力
測量滯后時(shí)間較長,同時(shí)引壓管內(nèi)部會出現(xiàn)凍凝
問題。
(5) 三回一、三回二回流閥FV- 2530, FV-
2530B 和FV-2533,FV-2533B 不是專用的防喘振
閥門,全開/ 全關(guān)時(shí)間估計(jì)在10 s 以上,動作時(shí)間
較長。
(6) 沒有準(zhǔn)確的壓縮機(jī)高、低壓缸喘振線,
導(dǎo)致壓縮機(jī)的操作沒有依據(jù),操作高、低壓缸回流
閥很容易造成壓縮機(jī)喘振,從而導(dǎo)致壓縮機(jī)葉片
及密封的損傷,使壓縮機(jī)效率降低,機(jī)組維護(hù)保養(yǎng)
費(fèi)用也會相應(yīng)增大。
(7) 2 臺壓縮機(jī)之間沒有協(xié)調(diào)控制,負(fù)荷不
均衡。
3 項(xiàng)目改造情況
3. 1 控制目標(biāo)
(1) 重新精確計(jì)算新能鳳凰公司氨冷凍壓
縮機(jī)的喘振線和機(jī)組性能,并進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)測喘振
曲線。
(2) 優(yōu)化一段和二/ 三段防喘振控制、性能
控制及回路間的解耦控制,消除壓縮機(jī)的喘振威
脅,尤其是工藝裝置開工初期的喘振,并使得喘振
閥能夠在開車初期即投入自動,并盡可能減小回
流閥開度。
(3) 性能控制器控制壓縮機(jī)入口壓力,在開
工初期即投入全自動運(yùn)行。同時(shí),速度控制器投
入遠(yuǎn)程,性能控制器輸出作為速度控制器遠(yuǎn)程設(shè)
定值。
( 4) 壓縮機(jī)性能控制器及防喘振控制器確
保氨制冷壓縮機(jī)(二期)入口壓力不低于低限設(shè)
定值,出口壓力不高于安全閥起跳值。
(5) 通過采用壓縮機(jī)入口壓力超馳控制
(POC)方案自動抵消制冷工藝過程大幅度波動所
導(dǎo)致的氨制冷壓縮機(jī)入口壓力波動。提高自動化
操作水平,實(shí)現(xiàn)全自動控制,縮短開工時(shí)間,使操
作人員工作量最小,只需通過設(shè)定氨制冷壓縮機(jī)
入口壓力性能控制器目標(biāo)值,即可控制氨制冷壓
縮機(jī)(二期)的轉(zhuǎn)速。
(6) 提高壓縮機(jī)運(yùn)行可靠性,降低機(jī)組和工
藝的停車率。采用全冗余控制系統(tǒng),結(jié)合現(xiàn)場回
路診斷和退守策略,大大提高控制系統(tǒng)的可靠性,
降低故障概率。
3. 2 改造方案
(1) 對防喘振控制閥門進(jìn)行校驗(yàn),確保閥門
開關(guān)平滑無卡澀。測定防喘振閥門由4 ~ 20 mA
驅(qū)動的行程時(shí)間,如顯著超過2 s,則安裝體積加
速器以提高閥門運(yùn)行速度。
(2) 為避免引壓管積液影響測量信號準(zhǔn)確
性,將現(xiàn)場所有壓力變送器、差壓變送器從地面移
位到機(jī)組二樓,重新配置引壓管。從取壓點(diǎn)到變
送器,引壓管要單調(diào)上升無袋形彎,其長度一般不
宜超過3 m。
(3) 采用美國壓縮機(jī)控制公司(簡稱CCC)
最新S5 冗余Vanguard 系統(tǒng)構(gòu)成的CCS 替代現(xiàn)有
的ITCC 控制系統(tǒng)中的調(diào)速控制、喘振控制,以提
高控制精度和水平。保留ITCC 系統(tǒng)中聯(lián)鎖保
護(hù)、邏輯控制和一般監(jiān)測控制功能。
(4) 增加入口壓力控制方案,實(shí)現(xiàn)機(jī)組入口
壓力自動控制,并與喘振控制之間協(xié)調(diào)動作。
(5) 目前,壓縮機(jī)入口總管到壓縮入口存在
較大差壓。對壓縮機(jī)入口隔離閥、單向閥、入口分
液罐等進(jìn)行檢修,消除入口壓力損失。
(6) 進(jìn)入Vanguard 系統(tǒng)的模擬輸入信號通
過使用一進(jìn)二出安全柵替換現(xiàn)有ITCC 機(jī)柜中的
單通道安全柵的方法獲得。使用其一路輸出將參
與喘振控制、入口壓力控制的模擬量輸入信號通
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萬方數(shù)據(jù)
小氮肥 第45 卷 第1 期 2017 年1 月
過新安全柵進(jìn)入Vanguard 系統(tǒng),可不改變原有現(xiàn)
場接線,同時(shí)ITCC 畫面基本保持不變。安全柵
使用MTL5544D 和MTL5576-RTD。
(7) 從Vanguard 系統(tǒng)輸出的模擬輸出信號
通過現(xiàn)有ITCC 機(jī)柜中的安全柵到現(xiàn)場控制
閥門。
(8) CCC 控制系統(tǒng)設(shè)置1 個(gè)機(jī)柜,安裝于機(jī)
柜間內(nèi)。在中央控制室設(shè)置1 臺操作站,機(jī)柜間
內(nèi)設(shè)置1 臺工程師站(具有操作站功能),操作
站、工程師站通過以太網(wǎng)與控制器連接;Vanguard
與ITCC 系統(tǒng)之間的停機(jī)、系統(tǒng)故障、允許啟動等
信號通過硬接線連接。
(9) 在開工初期工藝條件具備時(shí),重新測定
喘振曲線。
3. 3 主要設(shè)備
主要設(shè)備制造商為美國壓縮機(jī)控制公司,壓
縮機(jī)控制系統(tǒng)主要硬件參數(shù)如表1 所示。
4 經(jīng)濟(jì)效益分析
4. 1 經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)測試數(shù)據(jù)基礎(chǔ)
汽輪機(jī)蒸汽消耗記錄如表2 所示。
表1 壓縮機(jī)控制系統(tǒng)主要硬件參數(shù)
項(xiàng) 目參數(shù)
機(jī)架S5VANG-D10-01,1 套
處理器MPU1004,2 只
電源PSMU-350-3,4 塊
IOC 卡件IOC-555-D,2 塊
模擬量端子板FTA-544,2 塊
數(shù)字量端子板FTA-554,2 塊
連接電纜FTAC-3,8 條
模擬量輸入模塊CM-AI-S5,22 塊
模擬量輸出模塊CM-AO-S5,12 塊
數(shù)字量輸入模塊CM-DI-S5,12 塊
數(shù)字量輸出模塊CM-DO-S5,8 塊
脈沖量輸入模塊CM-FI-S5,4 塊
電源濾波器50-421020-005,2 只
DI 分布式I/ O 端子板18-410701-002,2 塊
連接電纜20-305731-002,2 條
4. 2 效益計(jì)算
按2014 年4 月數(shù)據(jù),1 t 蒸汽發(fā)電186 kW·
h,外購電價(jià)0. 75 元/ (kW·h),上網(wǎng)費(fèi)0. 09 元/
(kW·h)計(jì),年節(jié)約中壓蒸汽成本140. 02 萬元。
年設(shè)備折舊費(fèi)16. 47 萬元,年檢修費(fèi)用3 萬元。
增加S5 Vanguard 冗余控制系統(tǒng)后,每年為企業(yè)
帶來的凈利潤120. 55 萬元。
表2 汽輪機(jī)蒸汽消耗記錄
項(xiàng) 目運(yùn)行情況
氨冷凝器出口溫度/ ℃ 三段出口壓力/ MPa 蒸汽消耗量/ t
一系統(tǒng)二系統(tǒng)一系統(tǒng)二系統(tǒng)累計(jì)總量小時(shí)平均值
同期節(jié)約蒸汽量/
(t·h -1 )
2014-04-30~2014-05-25 雙系統(tǒng)
105%負(fù)荷28 28 0. 968 0. 988 10 618 17. 02
2015-04-30 ~2015-05-25 雙系統(tǒng)
110%負(fù)荷28 28 1. 07 1. 03 9 241 14. 80
2. 22
2014-10-27~2014-10-30 雙系統(tǒng)
105%負(fù)荷30 30 1. 1 1. 1 1 407 19. 54
2015-10-27 ~2015-10-30 雙系統(tǒng)
110%負(fù)荷30 30 1. 2 1. 2 1 287 17. 87
1. 67
5 結(jié)語
新能鳳凰公司氨冷凍機(jī)組采用S5 Vanguard
冗余控制系統(tǒng)進(jìn)行改造后,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可
靠,自動化程度高。投用至今未發(fā)生喘振,減少
了檢修工作量及壓縮機(jī)的內(nèi)部泄漏量,同時(shí)蒸
汽節(jié)約量與自控效果顯著改善。經(jīng)過改造前后
72 h 性能考核和正常運(yùn)行一段時(shí)間的運(yùn)行數(shù)據(jù)
測試,系統(tǒng)改造后年蒸汽節(jié)約量達(dá)13 360 t,各
項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到規(guī)定要求,每年可以創(chuàng)造利潤
120. 55 萬元。
(收到修改稿日期 2016-08-19)
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