氮压机安全经济运行技术改造实践_周金城.pdf

收稿日期:2022-09-13氮压机安全经济运行技术改造实践周金城，刘江淮，王胜利(安徽马钢气体科技有限公司，安徽 马鞍山 243000)摘要:针对马钢 35 000 m3/h 空分设备 2#氮压机运行时出现的主电机电流高、喘振故障、氮气放散率高与入口调节阀卡阻的问题，通过对氮压机入口调节阀、防喘振阀分步实施技术改造，保障了氮压机安全经济运行。叙述了 2#氮压机运行过程中马钢氮气管网压力升高时，氮压机主电机电流高、喘振故障、氮气放散率高的现象与原因，阐述了对氮压机入口调节阀、防喘振阀实施技术改造的具体方法，介绍了氮压机入口调节阀的卡阻原因及技术改造方法。关键词:空分设备;氮压机;入口调节阀;放空阀;执行机构;压力;流量中图分类号:TB657文献标志码:A文章编号:1007-7804(2023)01-0011-04doi:10.3969/j.issn.1007-7804.2023.01.004Technical Transformation Practice of Safe and Economical Operation ofNitrogen CompressorZHOU Jincheng，LIU Jianghuai，WANG Shengli(Anhui Masteel Gas Technology Co，Ltd，Maanshan 243000，China)Abstract:Aiming at the problems of high current of main motor，surge fault，high nitrogen emission rate and blockage ofinlet regulating valve in the operation of 2#nitrogen compressor of Masteels 35 000 m3/h air separation equipment，the safeand economical operation of nitrogen compressor was ensured by implementing technical transformation of inlet regulatingvalve and anti-surge valve of nitrogen compressor step by step This paper describes the phenomena and reasons of high cur-rent，surge fault and high nitrogen emission rate of the main motor of the nitrogen compressor when the pressure of nitrogenpipe network of Masteel rises during the operation of 2#nitrogen compressor，expounds the concrete methods of technicaltransformation of the inlet regulating valve and anti-surge valve of the nitrogen compressor，and introduces the blocking rea-sons and technical transformation methods of the inlet regulating valve of the nitrogen compressorKey words:air separation equipment;nitrogen compressor;inlet regulating valve;exhaust valve;executive mechanism;pressure;traffic1前 言马鞍山钢铁股份有限公司(以下简称:马钢)35 000 m3/h 空分设备为法液空集团设计、制造，采用膨胀空气进上塔、氧气与氮气外压缩、全精馏制氩工艺流程。35 000 m3/h 空分设备配套 2 台自国外全套引进的 20 000 m3/h 离心式氮压机，将上塔顶部提取的低压产品氮气进行压缩，输入马钢中压氮气管网。35 000 m3/h 空分设备 2#氮压机由美国英格索兰公司设计、制造，氮压机为整体齿轮式，采用 5 级压缩。在氮压机入口低压氮气管道、出口中压氮气管道分别设置 1 只入口调节阀、防喘振阀，以调节氮压机出口压力和流量。原设计的氮压机入口调节阀、防喘振阀均为气动调节阀，由气动执行机构和阀体构成，阀体均为蝶阀。氮压机出口压力联锁停机值、主电机电流高报警值分别设计为 1 95 MPa、178 A。35 000 m3/h 空分设备2#氮压机自投产，在主线厂氮气需求量减少，马钢氮气管网压力升高，调节氮第 41 卷第 1 期低 温 与 特 气Vol.41，No.12023 年 2 月Low Temperature and Specialty GasesFeb.，2023压机入口调节阀、防喘振阀，降低氮压机出口压力、氮气并网量时，氮压机主电机电流高、氮压机发生喘振故障、氮气放散率大。同时，冬季低温环境下，氮压机入口调节阀发生卡阻故障。为此，根据氮压机设备结构特点与特性曲线，分步对氮压机入口调节阀、防喘振阀进行技术改造，使氮压机安全经济运行。2防喘振阀2 1防喘振阀变更氮压机原设计 1 只气动回流阀作为防喘振阀，在马钢管网氮气压力较高时，开启气动回流阀，将氮压机出口部分的中压氮气经回流阀节流降压，输入氮压机入口的低压氮气管道。以此降低氮压机出口氮气压力，避免氮压机出口氮气流量降低。2 1 1存在问题与原因分析在马钢管网氮气压力升高时，根据管网氮气压力升幅，35 000 m3/h 空分设备2#氮压机回流阀的阀门开度逐步增大，造成 2#氮压机主电机电流同步增大，2#氮压机运行经济性较低、运行能耗增大。2#氮压机开启回流阀时运行参数如表 1 所示。表 12#氮压机运行参数Table 1Operation parameters of 2#nitrogen compressor回流阀开度%运行参数出口压力MPa出口流量m3/h并网流量m3/h电流A01 7520 00020 000165101 7820 10019 100168201 8220 30018 000170301 8320 50017 000177381 8420 80016 2001802#氮压机将回流阀作为防喘振阀，在开启氮压机回流阀，将 2#氮压机出口的中压氮气经回流阀节流、减压为低压氮气，进入氮压机入口低压氮气管道时，氮压机入口低压氮气进气量增加，氮气被重复压缩，氮压机实际压缩量增大，造成氮压机主电机电流增大。2 1 2技术改造鉴于马钢管网氮气压力大幅度、高频率波动的实际状况，为避免 2#氮压机开启回流阀时主电机电流大于高报警值 178 A，同时为降低 2#氮压机运行能耗，经英格索兰公司技术人员现场指导，对 2#氮压机防喘振阀进行技术改造，改造方法如下。1 氮压机设计气动放空阀作为防喘振阀，将氮压机出口部分中压氮气排入大气，保持氮压机出口压力与主电机电流稳定。2 氮压机放空阀类型与氮压机原设计回流阀类型相同，设计为气动蝶阀。3 将氮压机原设计的回流阀及其出口管道拆卸，保留氮压机原设计的回流阀进气管道，使氮压机放空阀进气端管道与原设计回流阀的进气管道连接，氮压机放空阀出口端管道与新增设的放空消音器连接，氮压机出口部分中压氮气经放空阀调节，进入放空消音器排放。2010 年 10 月，2#氮压机放空阀安装完毕并投入使用。在马钢管网氮气压力升至高报警值时，开启放空阀，调节氮压机出口压力、流量，2#氮压机主电机电流170 A，效果明显。2 2放空阀改型2 2 1存在问题与原因分析35 000 m3/h 空分设备 2#氮压机处于马钢氮气管网高压区域，且氮气压力波动大。2#氮压机放空阀设计为气动蝶阀，在马钢氮气管网压力大幅度、频繁波动时，气动放空蝶阀调节线性不佳、调节性能低，无法及时、精确调节 2#氮压机出口压力、流量。在较短时间内，马钢管网氮气压力升至高报警值 1 85 MPa 时，2#氮压机气动放空蝶阀处于自动或手动调节状态，气动放空蝶阀开启速率低，氮压机出口放散量低，使 2#氮压机出口压力高、流量低，造成2#氮压机发生喘振故障，第 5 级轴振动值升至联锁停机值，氮压机自动停机。2#氮压机压力高于报警时开启气动放空蝶阀，其运行参数如表 2 所示。表 22#氮压机运行参数Table 2Operation parameters of 2#nitrogen compressor放空阀开度%运行参数出口压力MPa出口流量m3/h并网流量m3/h振动值m01 7820 00020 00013 6/30101 8518 70018 70017 8/30201 8717 80017 00022/30231 8817 00016 20033/30为避免 2#氮压机出口压力高、流量低，发生喘振故障自动停机，在马钢氮气管网压力升至 1 73MPa 时，开启 2#氮压机气动放空蝶阀，将氮压机出口部分的中压氮气放空，增大氮压机出口流量、降低21低 温 与 特 气第 41 卷出口压力，造成氮压机每月氮气放散率大于 5%，2#氮压机运行极不经济。2#氮压机压力未升至高报警值时开启气动放空蝶阀，其运行参数如表 3 所示。表 32#氮压机压力运行参数Table 3Pressure operation parameters of 2#nitrogencompressor放空阀开度%运行参数出口压力MPa出口流量m3/h并网流量m3/h振动值m01 7020 00020 00013 4/30101 7320 00019 80013 4/30201 7520 00019 30013 4/30301 7820 00015 80013 4/30321 820 00015 00013 6/302 2 2技术改造借鉴国内常温气动阀门技术的发展成果，对 35000 m3/h 空分设备 2#氮压机气动放空阀进行改型及实施国产化技术改造。即将 2#氮压机放空阀由气动蝶阀改为气动式迷宫套筒控速调节阀，气动阀由国内阀门制造商制造。气动式迷宫套筒控速调节阀在套筒中设置多级窗孔，氮压机出口中压氮气经阀芯、套筒窗孔，通过多次膨胀，逐级平缓降压放空。同时，在阀门开度范围 0%100%，迷宫套筒控速调节阀实际开度与设计调节曲线值偏差小。以此，改进氮压机气动放空阀调节线性。同时，为气动式迷宫套筒控速调节阀设计外置式增速器，提高氮压机放空阀调节灵敏度。为此，将 2#氮压机气动放空蝶阀拆卸，保留原有放空阀安装位置不变，安装国产化的迷宫套筒控速调节阀。2#氮压机启动、运行，将该型气动式迷宫套筒控速放空阀设为自动调节状态，在马钢管网压力波动大时，调整 2#氮压机放空阀微分、积分参数，缩短放空阀调节响应时间、提高放空阀调节精确度。根据 2#氮压机设置喘振曲线，将 2#氮压机出口压力设定为 1 83 MPa。根据氮压机设定 2#氮压机放空阀出口压力，自动调节放空阀的阀门开度，以保持氮压机出口压力、流量稳定。2021 年 12 月 26 日，2#氮压机气动式迷宫套筒控速放空阀安装完成，投入使用至今，2#氮压机未发生喘振故障，2#氮压机月度氮气放散率 0 1%，效果显著。3入口调节阀35 000 m3/h 空分设备 2#氮压机厂房设计为半封闭式，厂房下半部裸露于大气中，2#氮压机入口原调节阀气动执行机构设计为活塞式。3 1执行机构更换3 1 1存在问题与原因分析2#氮压机自投运以来，在冬季低温环境下，氮压机入口调节阀发生卡阻故障，造成运行状态下氮压机正常停机、自动停机时均无法卸载，氮压机启动时负载大、主电机电流高，氮压机启动完成后无法加载。经对氮压机入口调节阀冬季低温、夏季高温调节参数的对比及气动执行机构解体检查得知，氮压机入口调节阀在半封闭式厂房、冬季低温环境下，气动活塞式执行机构密封件变形量大，气动活塞式执行机构无法动作，造成氮压机入口调节阀卡阻故障。3 1 2技术改造因 2#氮压机入口调节阀气动活塞式执行机构密封件无法订购，为此将 2#氮压机入口调节阀执行机构拆卸，换成 1 只国内阀门制造商制造的气动活塞式执行机构。国产的气动活塞式执行机构密封件经改进，在冬季低温环境下密封件变形量较小。同时，为 2#氮压机入口调节阀国产化的气动活塞式执行机构增设电伴热带及保温套，避免气动活塞式执行机构密封件在低温环境下变形，造成入口调节阀卡阻。2013 年 1 月，氮压机入口调节阀国产化的气动活塞式执行机构投入使用，入口调节阀执行机构未发生卡阻故障。3 2执行机构改型3 2 1存在问题与原因分析在马钢氮气管网压力波动状态下，2#氮压机入口调节阀气动活塞式执行机构行程长，活塞式执行机构调节灵敏度不佳，入口调节阀调节滞后时间长，无法及时、精确调节 2#氮压机出口压力、流量。为此在马钢氮气管网压力波动状态下，将 2#氮压机入口调节阀设置为手动调节状态，同时不使用入口调节阀调节氮压机出口压力、流量，而是使用放空阀调节氮压机出口压力、流量，保持氮压机出口压力、流量稳定，造成 2#氮压机运行经济性较差。2#氮压机未调节入口调节阀时运行参数如表 4 所示。【下转第 54 页】31第 1 期周金城，等:氮压机安全经济运行技术改造实践安全附件进行定期校验和检查。科学技术发展迅速，新型液氧储罐的研发和使用无疑对检测技术提出了更高要求。所以，科研人员、检验人员需努力研发新型仪器设备和检测方法。在现有检测方法的基础上，创新检测方法、优化检测设备，与日益严格的检测要求相呼应，确保液氧储罐能够安全、稳定的运行。参考文献:1TSG 212016 固定式压力容器安全技术监察规程 S 2张娜 磁粉检测在压力容器检验中的运用 J 机械工业标准化与质量，2013(10):24-25 3李海娥，张宝川 无损检测技术在钢结构焊接接头质检中的应用 J 四川水泥，2022(2):198-202 4金志刚 磁粉检测在电站锅炉定期检验中的运用研究 J 装备维修技术，2020(2):101作者简介:亓海峰(1982)，男，大学学历，高级工程师，主要从事锅炉检验和锅炉水处理检测工作。具有锅炉检验师、锅炉水(介)质处理检测师、国家注册安全工程师资格证及国家无损检测资质。【上接第 13 页】表 42#氮压机运行参数Table 4Operation parameters of 2#nitrogencompressor入口调节阀开度/%运行参数出口压力MPa出口流量m3/h并网流量m3/h放空阀开度/%电流A591 7020 00020 0000165591 7820 00019 8000168591 8320 00018 00010170591 8520 00016 200201733 2 2技术改造为提高 2#氮压机运行经济性，减少设备维护次数，对氮压机入口调节阀气动执行机构进行改型，即将氮压机入口调节阀气动执行机构由活塞式改为双作用齿轮齿条式。双作用齿轮齿条式执行机构磨擦阻力小、效率高，输出力矩为线性，以此来提高氮压机入口调节阀的调节灵敏度与精确度。同时，双作用齿轮齿条式气动执行机构中齿轮、齿条未设置密封件，大气环境温度变化，不影响入口调节阀执行机构的调节性能。为此，拆除 2#氮压机入口调节阀气动活塞式执行机构、电伴热带、保温套，保留入口调节阀阀体，设计一种专用新型的连接件，安装入口调节阀双作用齿轮齿条式执行机构。2021 年 12 月 26 日，2#氮压机入口调节阀气动执行机构改型完成。运行至今，在马钢氮气管网压力波动状态下，通过同时使用入口调节阀与放空阀来调节氮压机出口压力、流量，较大幅度减小了 2#氮压机放空阀的阀门开度，降低了氮气放散量，提高了 2#氮压机运行经济性，效果较好。2#氮压机入口调节阀气动执行机构改型后的运行参数如表5 所示。表 52#氮压机运行参数Table 5Operation parameters of 2#nitrogencompressor入口调节阀开度/%运行参数出口压力MPa出口流量m3/h并网流量m3/h放空阀开度/%电流A591 7020 00020 0000165591 7820 00019 8000168511 8318 00018 0000163501 8517 60016 20010163同时，为最大限度发挥入口调节阀、放空阀的调节作用，改进氮压机入口调节阀、放空阀压力的单一参数控制方式。2022 年 1 月 10 日，将氮压机入口调节阀、放空阀控制方式改为压力、流量双参数控制，氮压机出口压力、流量全部参与入口调节阀、放空阀控制。在氮压机运行时，根据氮压机出口压力、流量设定值，入口调节阀、放空阀自动同步调节。4结束语马钢针对影响氮压机安全性、经济性的不同原因，通过与国外氮压机原设计制造厂、国内设备专业制造厂协调，借鉴国内常温气动调节阀技术发展成果，在技术改造实施条件具备时，逐次对氮压机防喘振阀、入口调节阀进行升级技术改造，提升氮压机防喘振阀、入口调节阀的调节性能，降低氮压机运行能耗，有效保障氮压机安全运行。作者简介:周金城(1971)，男，1994 年毕业于马钢职工大学制氧专业，制氧高级技师，现在马钢气体公司从事制氧生产技术工作。45低 温 与 特 气第 41 卷