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低溫甲醇洗氨冷凍壓縮機節(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		點擊數(shù)：	更新時間： 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,在運行近 1 年的時間里出現(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)驗不足等,需要操作人員不斷地學(xué)習(xí)總結(jié)經(jīng)驗,才能克服困難,實現(xiàn)氣化裝置安全、穩(wěn)定、高效地運行。(收到修改稿日期 2016-07-11)低溫甲醇洗氨冷凍壓縮機節(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,汽輪機帶動壓縮機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。 在實際運行中,機組一直存在回流,運行成本較高,且沒有實現(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 套單獨系統(tǒng)組成,進界區(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)過一段分離器后進入離心式壓縮機,經(jīng)低壓缸壓縮后進入中間冷卻器,冷卻后與經(jīng)過二段分離器的部分氣氨混合,然后進入高壓缸再次壓縮,再經(jīng)防喘振冷卻器及氨冷凝器進行冷卻,冷凝后的液氨送入液氨貯槽。1. 2 冰機裝置氨冷凍壓縮機為二缸三段離心式十三級壓縮機,為了降低溫升、減少耗功,在壓縮機的低壓缸和高壓缸間設(shè)計了 1 臺冷卻器,高壓缸段間設(shè)置了 1 臺氣體冷卻器。 壓縮機設(shè)計了 2 路防喘振回路,一路從壓縮機高壓缸出口回到加氣入口,另一路從壓縮機低壓缸出口回到壓縮機低壓缸進口。壓縮機機組采用 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),完成機組的常規(guī)參數(shù)檢測、顯示和控制,汽輪機調(diào)速、超速保護及壓縮機的防喘振控制功能、汽輪機的三取二超速保護在 ITCC 系統(tǒng)中實現(xiàn)。汽輪機為氨冷凍項目驅(qū)動壓縮機用,為凝汽式,型號 NK25 / 28。 汽輪機為單出軸,單側(cè)進汽,采用向上進汽和向下排汽的結(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 氨冷凍壓縮機控制改造背景新能鳳凰公司 2 臺氨制冷壓縮機目前并聯(lián)運行,為實現(xiàn)氨冷凍機組自動控制、調(diào)速系統(tǒng)串級調(diào)節(jié)和減小喘振閥開度、降低機組能耗、消除機組的喘振及停車風(fēng)險、實現(xiàn)機組長周期穩(wěn)定安全運行,對冰機系統(tǒng)進行了節(jié)能技術(shù)改造。 氨制冷壓縮機運行中存在以下問題:(1) 二期壓縮機入口壓力顯著低于總管壓力,存在壓力損失。(2) 氨制冷壓縮機控制系統(tǒng)不能投全自動運行,目前采用手動控制。 手動控制在工藝波動10萬方數(shù)據(jù)小氮肥 第 45 卷 第 1 期 2017 年 1 月時存在易導(dǎo)致壓縮機喘振或突然停車的風(fēng)險,影響壓縮機的長滿優(yōu)運行,甚至?xí)绊懙饺到y(tǒng)的運行。(3) 高、低壓缸喘振線不準確,操作人員憑經(jīng)驗手動操作回流閥,導(dǎo)致壓縮機回流閥開度大,其中:一期壓縮機低壓缸的回流閥 FVI-2530 開度為 34% ;二期壓縮機低壓缸回流閥 FVI- 2530 開度為 44% ,FV- 2533B 開度為 58% 。 壓縮機回流閥開度大會導(dǎo)致壓縮機運行能耗過高,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下方,且變送器引壓管較長,達到 6 m 以上,流量/ 壓力測量滯后時間較長,同時引壓管內(nèi)部會出現(xiàn)凍凝問題。(5) 三回一、 三回二回流閥 FV- 2530, FV2530B 和 FV-2533,FV-2533B 不是專用的防喘振閥門,全開/ 全關(guān)時間估計在 10 s 以上,動作時間較長。(6) 沒有準確的壓縮機高、低壓缸喘振線,導(dǎo)致壓縮機的操作沒有依據(jù),操作高、低壓缸回流閥很容易造成壓縮機喘振,從而導(dǎo)致壓縮機葉片及密封的損傷,使壓縮機效率降低,機組維護保養(yǎng)費用也會相應(yīng)增大。(7) 2 臺壓縮機之間沒有協(xié)調(diào)控制,負荷不均衡。3 項目改造情況3. 1 控制目標(1) 重新精確計算新能鳳凰公司氨冷凍壓縮機的喘振線和機組性能,并進行現(xiàn)場實測喘振曲線。(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入口壓力,在開工初期即投入全自動運行。 同時,速度控制器投入遠程,性能控制器輸出作為速度控制器遠程設(shè)定值。(4) 壓縮機性能控制器及防喘振控制器確保氨制冷壓縮機(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)致的氨制冷壓縮機入口壓力波動。 提高自動化操作水平,實現(xiàn)全自動控制,縮短開工時間,使操作人員工作量最小,只需通過設(shè)定氨制冷壓縮機入口壓力性能控制器目標值,即可控制氨制冷壓縮機(二期)的轉(zhuǎn)速。(6) 提高壓縮機運行可靠性,降低機組和工藝的停車率。 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行校驗,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)動的行程時間,如顯著超過 2 s,則安裝體積加速器以提高閥門運行速度。(2) 為避免引壓管積液影響測量信號準確性,將現(xiàn)場所有壓力變送器、差壓變送器從地面移位到機組二樓,重新配置引壓管。 從取壓點到變送器,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、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,實現(xiàn)機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,壓縮機入口總管到壓縮入口存在較大差壓。 對壓縮機入口隔離閥、單向閥、入口分液罐等進行檢修,消除入口壓力損失。(6) 進入 Vanguard 系統(tǒng)的模擬輸入信號通過使用一進二出安全柵替換現(xiàn)有 ITCC 機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 月過新安全柵進入 Vanguard 系統(tǒng),可不改變原有現(xiàn)場接線,同時 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 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 個機柜,安裝于機柜間內(nèi)。 在中央控制室設(shè)置 1 臺操作站,機柜間內(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、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,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控制公司,壓縮機控制系統(tǒng)主要硬件參數(shù)如表 1 所示。4 經(jīng)濟效益分析4. 1 經(jīng)濟效益評價測試數(shù)據(jù)基礎(chǔ)汽輪機蒸汽消耗記錄如表 2 所示。表 1 壓縮機控制系統(tǒng)主要硬件參數(shù)項 目 參數(shù)機架 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 效益計算按 2014 年 4 月數(shù)據(jù),1 t 蒸汽發(fā)電 186 kW·h,外購電價 0. 75 元/ ( kW·h),上網(wǎng)費 0. 09 元/(kW·h)計,年節(jié)約中壓蒸汽成本 140. 02 萬元。年設(shè)備折舊費 16. 47 萬元,年檢修費用 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 汽輪機蒸汽消耗記錄項 目 運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) 累計總量 小時平均值同期節(jié)約蒸汽量/(t·h- 1)2014-04-30 ~ 2014-05-25雙系統(tǒng)105% 負荷28 28 0. 968 0. 988 10 618 17. 022015-04-30 ~ 2015-05-25雙系統(tǒng)110% 負荷28 28 1. 07 1. 03 9 241 14. 802. 222014-10-27 ~ 2014-10-30雙系統(tǒng)105% 負荷30 30 1. 1 1. 1 1 407 19. 542015-10-27 ~ 2015-10-30雙系統(tǒng)110% 負荷30 30 1. 2 1. 2 1 287 17. 871. 675 結(jié)語新能鳳凰公司氨冷凍機組采用 S5 Vanguard冗余控制系統(tǒng)進行改造后,系統(tǒng)運行穩(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的內(nèi)部泄漏量,同時蒸汽節(jié)約量與自控效果顯著改善。 經(jīng)過改造前后72 h 性能考核和正常運行一段時間的運行數(shù)據(jù)測試,系統(tǒng)改造后年蒸汽節(jié)約量達 13 360 t,各項技術(shù)指標達到規(guī)定要求,每年可以創(chuàng)造利潤120. 55 萬元。(收到修改稿日

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