用于氨压缩冷凝的螺杆压缩机组自动控制技术改造_赵江华.pdf

用于氨压缩冷凝的螺杆压缩机组自动控制技术改造赵江华，肖升（瓮福达州化工有限责任公司，四川 达州635000）摘要阐述用于氨压缩冷凝的螺杆压缩机组的结构、运行原理、自动控制原理。分析在自动模式下，螺杆压缩机组存在问题、原因，提出解决对策，供类似工况、类似问题参考。关键词氨压缩冷凝；螺杆压缩机；自动操作中图分类号TQ053.2文献标志码B文章编号 1007-6220（2023）01-0046-02Automatic control technology transformation of screw compressor for ammoniacompression and condensationZHAO Jianghua,XIAO Sheng（Wengfu Dazhou Chemical Co.,Ltd.,Dazhou 635000,China）Abstract：The structure,operation principle and automatic control principle of screw compressor for ammoniacompression and condensation are described.And the problems and causes of screw compressor in automatic modeare analyzed，the solutions are proposed，providing reference for similar working conditions and similar problems.Key words：ammonia compression and condensation；screw compressor；automatic operation收稿日期2022-06-01作者简介赵江华（1989-），男，四川渠县人，工程师，主要从事APP、DAP生产技术管理工作。E-mail：通信作者肖升（1973-），贵州福泉人，高级工程师，从事公司装备能源部管理工作。E-mail：瓮福达州化工有限责任公司磷酸二铵装置液氨罐区配备的液氨储罐为半冷冻式低压球罐，正常操作压强为0800 kPa。液氨罐区配套有2台螺杆压缩机组（1用1备），用于液氨球罐的降压保冷1。液氨来源主要为园区工厂的管道输送液氨，因进氨温度在-10 0，液氨储罐压强基本在正常操作压强之内，故这2台螺杆压缩机组投用率较低，单台机组年均投用时间100 h。螺杆压缩机组配置有可编程逻辑控制柜（PLC），有手动操作、自动操作两种运行模式，因考虑到机组本身投用少、机组复杂、安全等因素，一直以来螺杆压缩机组使用手动操作模式。近年的危险与可操作性分析（HAZOP）、保护层分析（LOPA）中，螺杆压缩机组要作为液氨储罐独立的保护设施，则须螺杆压缩机组自动运行。在实际采用自动模式操作螺杆压缩机组时，发现机组虽有此功能，但不能正常投用。经分析螺杆压缩机组运行原理、自动控制原理，笔者查找出原因，给出解决办法，仅供类似情况参考。1螺杆压缩机组的结构及原理1.1螺杆压缩机组的结构及气氨压缩流程用于气氨压缩冷凝的螺杆压缩机组，其核心原理是利用氨在常温下加压至700800 kPa就能液化成液氨的特性。液氨罐区的螺杆压缩机组，一般由氨压缩机、油分离器、油冷却器、氨冷却器、储氨器、油泵以及电仪控制系统组成2。来自液氨储罐的气氨，经氨压缩机做功压缩成高压气氨，油气混合的高压气氨经油分离器，分离出高压气氨和润滑油。润滑油经油冷却器冷却后，再返回氨压缩机循环使用。高压气氨经氨冷却器换热后，进入储氨器，最终经管路送入液氨罐（其工作流程见图1）。1.2储氨器V301自动启停原理储氨器V301设置有手动、自动功能。自动模图1气氨压缩流程2023年1月第38卷第1期磷 肥 与 复 肥Phosphate Compound Fertilizer46式下，若氨压缩机C301A/B停机，阀门HV-7106会自 动 关 闭；若 氨 压 缩 机 C301A/B 开 机，阀 门HV-7106会根据储氨器V301设置的液位高低自动调节开度，以控制储氨器V301的液位。1.3氨压缩机C301A/B自动启停原理在自动模式下，设定进口压强控制值和控制差幅，若氨压缩机监测到进口实际压强控制值+差幅，氨压缩机自动启动降压；若氨压缩机监测到进口实际压强控制值+差幅，氨压缩机自动停机。2存在问题及原因分析2.1氨压缩机排气压力高报联锁停机问题在储氨器V301自动模式下，若储氨器V301的液位值比设定值低，则 HV-7106 处于关闭状态。此情景下，自动启动运行氨压缩机C301A/B，氨压缩机C301A/B排气压力很快会超过高报联锁值，将会高报联锁停机；氨压缩机启动的瞬间存在气压波动，储氨器V301的液位检测值波动到设定液位值以下时，阀门HV-7106将会关闭。2.2联锁停机后氨压缩机反复自动启停问题因液氨罐的压力值没有引入氨压缩机的PLC控制柜，氨压缩机自动工况下，只能选择氨压缩机的吸气压力为自动模式的控制压力。氨压缩机进口设置有吸气止逆阀，在自动模式停机下，阀门HV-7106关闭，氨压缩机C301A/B与储氨器V301间的高压气氨短时间内不能自动卸放，氨压缩机PLC系统检测到吸气压高，自动模式下，停机5 min后，会自动启动氨压缩机C301A/B，如此反复循环启停氨压缩机C301A/B。3解决对策3.1氨压缩机排气压力高报联锁停机问题对策方法 1：将储氨器 V301 液位联锁开启阀门HV-7106，升级为氨压缩机C301A/B排气压力或储氨 器 V301 液 位 值（2 选 1）联 锁 开 启 阀 门HV-7106。方法2：氨压缩机C301A/B启动电流值作为联锁开启阀门 HV-7106 的条件，即储氨器V301 的 PLC 系统一监测到氨压缩机 C301A/B 启动，就联锁打开阀门HV-7106，保持出口管路畅通，避免出口憋压导致压力升高；调节阀门HV-7106的PID参数，提升阀门HV-7106的动作灵敏性和可靠性，减少因阀门HV-7106动作不灵敏导致的憋压情况。3.2联锁停机后的反复自动启停问题对策工程技术对策：通过工程整改，将液氨罐的压力值引入到氨压缩机的PLC，在自动模式下，能实现选择液氨罐的压力值控制氨压缩机的启停。引入罐体的压力检测点需远离管口的位置，减少吸气时对压力检测点的干扰。该措施能从根本上解决此问题。操作优化对策：调整参数，设置差幅值压缩机最小压差值，调节吸气低压报警联锁值，提前降低压缩的能级。举例说明：若氨压缩机最低负载10%时，吸排气压差是400 kPa，液氨罐压强要求控制在750 kPa以下，则设置参数为控制点吸气压强500 kPa，控制差幅250 kPa，即吸气压强为750 kPa时自动启动氨压缩机，吸气压强为250 kPa时自动停止氨压缩机。设置氨压缩机吸气低压报警值300 kPa，吸气低压联锁停机值240 kPa，即实现吸气压强降低至250 kPa时，压缩机已自动减载到最低能级运行，降低停机前压缩机进出口压差值。该设置操作，理论上是可以解决联锁停机后氨压缩机的反复自动启停问题，但存在氨压缩机一次性降压超过 400 kPa，压缩机组会长时间运行，运行成本较高。其他措施：通过程序设置1 h内最多允许启动次数。例如：现状是每次开停机间隙是5 min，可延长间隙时间至20 min，在一定程度上可以减少启停次数。这种措施存在一定缺陷，例如特殊工况发生机组意外跳停，液氨罐压力又偏高，在正需要启动氨压缩机时，需要消耗更多时间才能启动机组。3.3其他问题对策由于岗位员工担心仪表自动化设施不可靠，不愿意选择自动操作模式。例如：若自动控制阀门HV-7106关不死，则存在液氨罐的液氨倒灌进入储氨器V301、氨压缩机C301A/B内，产生其他安全风险。故若选择自动操作模式，还需要机组配套仪表设施、阀门运行稳定、可靠，关键位置的阀门选择满足SIL1或SIL2级别的阀门。4小结结合实际操作工况，分析设备结构原理、控制逻辑，排查原因，是解决类似问题的主要方法。实测各种操作模式，提前发现问题，便于在试用期、质保期内就解决问题，降低后期解决问题的成本。参考文献1 赵江华.5 000 m3液氨球罐开罐年检工艺处理方法的探讨 J.磷肥与复肥，2018，33（8）：48-50.2 肖风华.螺杆制冷压缩机组PLC控制系统 J.自动化技术与应用，2006（7）：64-67.2023年第38卷第1期赵江华等用于氨压缩冷凝的螺杆压缩机组自动控制技术改造47