LNG深冷液化工序冷剂压缩机的防喘振分析

1、浅析 LNG 冷剂压缩机的防喘振控制离心式压缩机是借助高速旋转的叶轮所产生的离心力将气体介质压缩并输送的一种动力设备， 是透平式压缩机的一种， 与活塞式压缩机相比，离心式压缩机润滑油不污染气体介质、有气量大、易损件少、连续工作时间长、运行平稳、气量调节范围广、易于多级压缩和节流等优点，在石油化工、冶金、机械等行业有着广泛运用。然而离心式压缩机却有一个最大的先天不足 - 喘振。压缩机在工作过程中当进入叶轮的气体流量小于机组在该工况下的最小流量时（即喘振流量），管网中的气体会倒流至压缩机，当压缩机的出口压力大于管网压力时， 压缩机又向管网排气， 短时间内压缩机将反复上述动作， 形成气体脉动即喘振。

2、 喘振发生时机组强烈振动，伴有异常噪声，严重时会损坏叶轮、破坏密封件、造成轴温迅速升高、耗电量也会增大 40%左右。因此喘振具有较大的危害性，是压缩机损坏的主要原因之一， 如果能有效避免发生喘振， 离心压缩机的维修量将非常小。防止离心式压缩机喘振的方法主要有两种： 1、固定极限流量法：使压缩机的流量不小于喘振流量， 当流量接近喘振流量时打开回路调节阀，将一部分气体回流。 2、可变权限流量法：是通过查压缩机喘振特性图，得到离心式压缩机在不同转速下运行时， 其流量不小于该转速下的喘振流量。 前者适用于固定转速压缩机组中， 压缩机转速一定，喘振流量为一定值， 控制系统简单；后者适用于变速压缩机组中，

3、压缩机转速随时变化， 而喘振流量为一动态变化值， 控制系统相对复杂。但后者的节能效果优于前者。我公司在 33000m3h焦炉气甲烷化制 LNG项目中的冷剂压缩机拟采用离心式压缩机， 由沈阳鼓风机厂装备制造， 是目前为止我公司单台机组处理量最大的压缩机，机组排气量为 63440m3/h，入口压力 3 公斤，出口压力 32 公斤，承载着天然汽深冷液化冷媒的动力循环和气态加压，是项目的重点设备。该压缩机采用 10KV，7800KW同步电机驱动，异步变频起动到一定转速后，励磁装置投入、变频切出，电动机以同步方式工频运行。由于我公司的冷剂离心式压缩机为固定转速运行， 所以喘振流量值近似为一定值， 根据上

4、面所述选择第一种控制方案比较合适： 使压缩机的流量不小于喘振流量，当流量接近喘振流量时打开回路调节阀，将一部分气体回流（固定极限流量法）。LNG项目冷剂压缩机防喘振控制系统示意图如图所示：冷剂压缩机为二级压缩，每级各设一个回流旁路，进口进来的3公斤压力冷剂通过入口分离器进入离心压缩机一级压缩腔，加压到10 公斤压力后从一级出口送出，依次经过冷却器、级间分离器、止回阀、二级入口流量计进入到离心压缩机二级压缩腔，加压到32 公斤压力后，依次经过冷却器、出口分离器出工序。一段入口处设一文丘里流量计，用来检测离心式压缩机一段入口流量， FT 为调节器，正作用具有 PI 比例积分调节特性，其设定值要大于

5、喘振流量值；调节阀为旁路调节阀，为正作用气关阀，这是一个单向控制回路。当系统负荷降低时，文丘里流量计检测到流量减少，则调节器 FT 输出减少，作用在调节阀上的压力信号减少，阀逐渐打开，这样通过回流的方式促使离心式压缩机入口流量增加来弥补负荷降低而减少的流量，由此来保证入口不低于造成喘振的最低流量（喘振流量），这是一级防喘振回路（简称一回一）。二级防喘振回路（简称二回二）原理同上，不再聱述。一回一和二回二调节采用就地手动调节和组态远程手动调节两种。通过一回一和二回二旁路调节流量可以保证冷剂压缩机正常生产过程中负荷降低时的防喘振调节和开机时的防喘振。 即便发生喘振，调节器 FT 还可以发出阶跃信号，使调节阀跳跃开大，瞬间增大回流流量，保证机组快速通过喘振区。由于该压缩机单台造价非常高， 所以目前拟订购一台， 正常生产时为单台运行（无备用），当机组出现故障停车后进入深冷工序的所有煤气不得不进行放散（放散量 20195m3/h），所以机组的可靠，稳定运行对整个项目的连续、安全生产、节能显得更加至关重要。这就要求我们在以后的订货、试验