郭 涛
（河南晋开化工投资控股集团有限责任公司，河南 开封475000）
［摘 要］合成氨装置中，合成气压缩机组的功耗对合成氨生产成本的影响显著。河南晋开化工投资控股集团有限责任公司二分公司2×600 kt/a合成氨装置氨合成系统共设置4台合成气压缩机组，机组由汽轮机拖动；合成氨装置自2012年试车后转入正常运行以来，由于生产负荷的波动及合成气压缩机组控制系统设计方面的原因，机组出现了低压缸防喘振线与实际工况不匹配、正常工况和低负荷生产时防喘振阀开度过大、机组能耗较高的问题。为此，通过充分地调研，最终选定了合适的控制系统应用于合成气压缩机组的智能化升级改造。改造后，合成氨装置负荷调整适应性更强，系统运行更加稳定、操作更加方便，合成气压缩机组功耗明显下降，达到了节能降耗、增产增效的目的。
［关键词］合成氨装置；合成气压缩机组；控制系统；防喘振；技术方案；智能化升级；节能降耗
［中图分类号］TQ113.25+1.3 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2021）05-0054-03
0 引 言
河南晋开化工投资控股集团有限责任公司（简称晋开化工）二分公司合成氨装置设计产能为2×600 kt/a，氨合成系统共设置4台合成气压缩机组，机组由汽轮机拖动，单台机组对应合成氨产能为300 kt/a。合成氨装置自2012年试车后转入正常运行以来，由于生产负荷的波动及合成气压缩机组控制系统设计方面的原因，导致合成气压缩机低压缸进气流量和压力较设计值偏低，压缩机低压缸防喘振控制系统裕度较小，操作难度增大，防喘振阀长期保持打开状态，造成部分高压气体一直在缸内循环，增加了机组的蒸汽消耗，对生产系统的经济性产生了不利影响。为此，晋开化工二分公司通过充分地调研，最终选定了合适的控制系统应用于合成气压缩机组的智能化升级改造，以下对有关情况作一介绍。
1 合成气压缩机组的主要性能参数
晋开化工二分公司4台合成气压缩机主要性能参数见表1。合成气压缩机由陕鼓设计制造，采用两缸三段结构，二段出口气与循环气在缸内混合；低压缸型号为EV45-9，低压缸内有9级叶轮，依次布置；高压缸型号为EVS45-9，高压缸内有9级叶轮，前8级为压缩段，后一级为循环段；高压缸、低压缸分别布置在汽轮机两侧，由1台双输出轴抽凝式汽轮机通过膜片联轴节连接。
2 合成气压缩机组运行中出现的问题
合成气压缩机自2012年投运以来，出现了一些问题，具体情况如下。
生产系统负荷在85%左右时，合成气压缩机进口压力只能够达到2.85 MPa（A），进口流量在105 000 m3/h左右，此时低压缸防喘振阀必须保持8%～12%的开度，否则工况点就会越过防喘振线，造成生产系统的波动；生产系统负荷在100%时，合成气压缩机进口压力能够达到3.0 MPa（A），进口流量也能达到115 000 m3/h，但此时低压缸防喘振控制系统裕度很小，工况点基本上是靠近防喘振线运行，一旦系统压力和流量出现轻微波动，就会造成工况点越过防喘振线，防喘振阀大幅度打开，系统波动加剧，对整个生产系统造成较大影响。为减少这种情况的发生，保持系统的稳定运行，低压缸防喘振阀被迫保留5%～7%的开度，造成部分高压气体一直在缸内循环，机组能耗增加。
合成气压缩机组防喘振控制系统开车之初算法比较保守，当工况点刚越过防喘振线时，防喘振阀就快速打开，并且幅度较大，没有经历预先调节的过程，防喘振增益调节不合理，对机组的安全运行及工艺系统产生了不利影响。
3 合成气压缩机组控制系统的优化
3.1 控制系统的工艺需求
鉴于合成气压缩机组控制系统存在的问题，提出以下工艺、安全等方面的技术升级要求。
（1）合成气压缩机防喘振控制系统实现自动化控制，具体控制点为低压缸进口压力或低压缸进口流量其中之一，两个条件目标可以自由切换；正常生产时，自动控制系统投入使用，低压缸防喘振阀完全关闭，据控制参数的变化自动调整汽轮机的转速，实现机组的节能降耗。
（2）合成气压缩机组控制系统要充分考虑低压缸、高压缸、循环段的3个防喘振阀之间的关系，设计上要保证防喘振阀按预设目标动作，保障机组的安全运行。
（3） 4台合成气压缩机低压缸进口工艺管线并联，2台以上合成气压缩机组同时运行时，控制系统需做好负荷的分配，且实现单台合成气压缩机组负荷可独立调整。
（4）优化后的合成气压缩机组控制系统必须安全可靠，在特殊工况下能实现防喘振系统的及时响应，避免机组出现轴振值过高的现象，以免造成机组跳车或设备损坏。
（5）优化后的合成气压缩机组控制系统不能干扰机组原有的安全保护系统，确保机组因联锁跳车时保护系统的及时响应。
（6）现场2台合成气压缩机组同时施工，机组停车至并入系统运行总时长不得超过48 h。
3.2 技术方案的选择
更多内容详见《中氮肥》2021年第5期