摘要：在煤制合成气工业中，首站压缩机组的正常运行是首站装置安全、环保、稳定运行的先决条件。文章对首站装置运行以来压缩机组首次出现的喘振状况进行了解析，对喘振现象发生前、发生时、发生后的主要参数变化进行了采集，对现场排查和确定喘振原因进行了梳理，并对后续处置和防范措施进行了描述。
关键词：煤制天然气；压缩机；喘振现象；煤制合成气工业；首站装置 文献标识码：A
1 概述
压缩机运行中会出现喘振现象，是事故发生的主要原因。为了保证压缩机的稳定运行，本文主要对大唐克旗煤制天然气项目中压缩机出现喘振现象的原因进行了分析，并提出了有效的解决方案。
2 喘振过程及现象
2.1 喘振过程
表1 压缩机喘振前后主要参数变化对比表
指标
时间 PT
11133A PT
11131A TT
11301A FT
11131A VT
11001A-X ZT
11001A-3
名称 压缩机
入口压力 压缩机
出口压力 压缩机入口温度 压缩机出口温度 压缩机
转速 压缩机
入口流量 压缩机
轴振动 压缩机
轴位移
单位 MPa MPa ℃ ℃ rpm kNm3/h μm mm
第一次喘振前后主要参数变化
第二次喘振前后主要参数变化
第三次喘振前后主要参数变化
22∶13～ 0.35 1.15 4 115 5933 0.00 10.37 -0.04
2.1.1 第一次喘振。启动首站一系列压缩机，氮气工况运行，压缩机组各主要参数正常；三小时后，从进站的旁路阀引入合成气对压缩机进行置换；半小时以后，压缩机出现喘振，一系列压缩机停车。
2.1.3 第三次喘振。第二次喘振之后，对一系列压缩机系统进行氮气置换，目的是排除气体组分变化引起压缩机喘振的可能。压缩机氮气工况下启机，当转速升至5915rpm时，压缩机出现喘振现象；一系列压缩机停车，系统泄压。
2.2 喘振参数变化
表1为压缩机喘振前后主要参数变化对比表，如表1所示，压缩机发生三次喘振，喘振后参数均有同样的变化趋势。压缩机入口压力微降，出口压力微涨，出口温度微涨，压缩机转速升高，入口流量迅速下降，轴振动、轴位移明显升高；之后，压缩机入口流量、转速、轴振动和轴位移出现明显阶跃性变化。
3 异常分析
3.1 压缩机喘振分析
压缩机分别在氮气工况切换合成气、合成气工况和合成气切换氮气三种工况下运行，此三种工况均发生喘振现象。压缩机喘振的根本原因有入口流量下降、压缩机出口憋压。可以确定，喘振原因为压缩机入口流量先出现迅速下降引起。
图1 一系列首站压缩机流程图
图1为一系列首站压缩机流程图，从图中可以看出压缩机出口工艺空冷器、BV-105A、旋风分离器、聚结分离器、BV-104A、防喘阀和压缩机入口过滤器任何一处堵塞或管道结冰冻堵都会导致压缩机入口流量下降或压缩机出口压力升高。因此，先对管线进行分析，再逐一排除。
3.1.1 管线分析。因首站天然气含水量很低，一般小于0.1%，且装置负荷较低，不会因管线内积水造成气体流量减小，首先可以排除管线结冰冻堵的可能。
3.1.3 压缩机全分析。压缩机喘振前后，压缩机入口过滤器压差未出现增大现象，可以排除压缩机过滤器所导致（拆解过滤器后未发现异物）。现场实测工艺空冷器管束温度，无冻堵，可以排除。
旋风分离器主要原理为气流经导叶导流作用产生强烈旋转进入旋风筒体，密度大的液滴在离心力作用下被甩向器壁，在重力作用下沿筒壁下落；旋转的气流在筒体内收缩向中心流动，向上形成二次涡流经导气管从顶部流出。从旋风分离器的原理可以看出，旋风分离器内除旋风筒体外并无其他辅助部件，脱水后的天然气从分离器顶部送出无其他阻力，因此可以排除旋风分离器内部堵塞。旋风分离器和聚结分离器进、出口管线管径与主工艺管道相同，均为DN300。
聚结分离器内部为柱状滤芯，因压缩机出口天然气非常清洁，且聚结分离器内部26根滤芯不可能同时完全堵塞，因此可以排除聚结分离器滤芯堵塞。以上因素均排除后，只能通过拆卸防喘阀来查看是否防喘阀堵塞或阀板脱落。
3.2 解决方案
通过拆卸防喘阀来探究原因，拆卸防喘阀阀头时发现防喘振过滤器处堵满牛皮纸（见图2A），清除防喘振过滤器牛皮纸后，检查一系列聚结分离器的滤芯损坏严重（见图2B），更换聚结分离器滤芯。
图2 拆卸后的一系列压缩机防喘阀（A）和聚结分离器滤芯（B）
对一系列压缩机防喘阀进行清洁，聚结分离器滤芯更换后，天然气工况重新启动一系列压缩机，启动正常；16点50分，将二系列压缩机停运，并对二系列压缩机防喘阀进行清洁（图3A），聚结分离器滤芯（图3B）进行更换。
图3 拆卸后的二系列压缩机防喘阀（A）和聚结分离器滤芯（B）
聚结分离器正对出口的三根滤芯均出现不同程度的损坏，其他23根均未发现损坏。判断为正对出口处的三根滤芯压降最大，受气流的冲击也最大。因此，将一、二系列聚结分离器正对出口的三根滤芯拆掉并使用带孔不锈钢管进行代替，以增加其抗冲击能力。
4 结语
喘振是离心式压缩机固有的特性，通过对内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气项目对甲烷化装置首站压缩机喘振现象进行了分析，对防喘阀进行了清洗，并对聚结分离器提出了改进方式，使防喘得到了有效控制。
参考文献
[2] 荐保志.离心式压缩机喘振分析及解决措施[J].中小企业管理与科技，2009，4（10）.
