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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： 2025年04月27日
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小氮肥 第 45 卷 第 1 期 2017 年 1 月■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■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扛摺⒉糠衷O(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(jiǎn)稱新能鳳凰公司) 的 700 kt / a 甲醇裝置,汽輪機(jī)帶動(dòng)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(dòng)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(jí)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(tái)冷卻器,高壓缸段間設(shè)置了 1 臺(tái)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(cuò)控制系統(tǒng),完成機(jī)組的常規(guī)參數(shù)檢測(cè)、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(dòng)壓縮機(jī)用,為凝汽式,型號(hào) 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(dòng)調(diào)節(jié)裝置,并配有兩級(jí)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(tái)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(dòng)控制、調(diào)速系統(tǒng)串級(jí)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(zhǎng)周期穩(wěn)定安全運(yùn)行,對(duì)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(dòng)運(yùn)行,目前采用手動(dòng)控制。 手動(dòng)控制在工藝波動(dòng)10萬方數(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(zhǎng)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(dòng)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(huì)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(zhǎng),達(dá)到 6 m 以上,流量/ 壓力測(cè)量滯后時(shí)間較長(zhǎng),同時(shí)引壓管內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)凍凝問題。(5) 三回一、 三回二回流閥 FV- 2530, FV2530B 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(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)。(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(huì)相應(yīng)增大。(7) 2 臺(tái)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(chǎng)實(shí)測(cè)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(dòng),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(dòng)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(dòng)抵消制冷工藝過程大幅度波動(dòng)所導(dǎo)致的氨制冷壓縮機(jī)入口壓力波動(dòng)。 提高自動(dòng)化操作水平,實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)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(chǎng)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(duì)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(cè)定防喘振閥門由 4 ~ 20 mA驅(qū)動(dòng)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(cè)量信號(hào)準(zhǔn)確性,將現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)度一般不宜超過 3 m。(3) 采用美國(guó)壓縮機(jī)控制公司(簡(jiǎn)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(cè)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(dòng)控制,并與喘振控制之間協(xié)調(diào)動(dòng)作。(5) 目前,壓縮機(jī)入口總管到壓縮入口存在較大差壓。 對(duì)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(hào)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(hào)通11萬方數(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?cè)鞋F(xiàn)場(chǎng)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(hào)通過 現(xiàn) 有 ITCC 機(jī) 柜 中 的 安 全 柵 到 現(xiàn) 場(chǎng) 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(tái)操作站,機(jī)柜間內(nèi)設(shè)置 1 臺(tái)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(dòng)等信號(hào)通過硬接線連接。(9) 在開工初期工藝條件具備時(shí),重新測(cè)定喘振曲線。3. 3 主要設(shè)備主要設(shè)備制造商為美國(guó)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(píng)價(jià)測(cè)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(gòu)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(rùn) 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. 022015-04-30 ~ 2015-05-25雙系統(tǒng)110% 負(fù)荷28 28 1. 07 1. 03 9 241 14. 802. 222014-10-27 ~ 2014-10-30雙系統(tǒng)105% 負(fù)荷30 30 1. 1 1. 1 1 407 19. 542015-10-27 ~ 2015-10-30雙系統(tǒng)110% 負(fù)荷30 30 1. 2 1. 2 1 287 17. 871. 675 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(dòng)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(cè)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(rùn)120. 55 萬元。(收到修改稿日

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