摘要:本文结合我站的工作实际,对影响我站压缩机组运行操作的程序进行阐述,同时提出优化操作措施,在实际工作中起到了良好的效果,减少对正常输气生产的影响。
关键词:优化 操作 喘振 过程控制 燃气轮机 离心压缩机 调压橇
概述 府谷压气站是陕京输气管道上的第二座压气站,于2000年在原黄河西清管站的基础上扩建而成,距靖边首站298公里,距第一座压气站榆林压气站198公里,与第三座压气站应县压气站相距235公里。在整个输气管道中起承上启下作用。
府谷压气站使用的压缩机组是三台Solar Taurus-60燃气轮机驱动Dress-Rand CDP-416离心式压缩机,装机容量16020kW,三台压缩机组现采用三机并联运行方式,年输气能力为33亿标方。控制系统采用美国Allen-Bradley公司的PLC-5/40C,控制程序由SOLAR公司提供。单机控制主要包括机组启动、机组工艺设备的监控、工艺参数的监控、机组振动监控、喘振控制、停机及后备继电器控制系统等程序;多机联控程序包括:过程控制、自动/手动选择、喘振裕度优化、以及站循环阀控制等。联控系统通过ControlNet Flex 1.5数据高速网链(5Mb/S)与单机控制系统通信。联控系统根据站出口流量、机组出入口压力的变化,控制单台机组的转速,达到对管网工艺参数进行控制的目的。
府谷压气站原设计为两台机组并联运行,一台机组备用,进口压力为4.0Mpa,输气量为930×104Nm3/D。2002年为保证机组的安全运行,增加了一台备用机组。2003年为满足京津地区不断增长的天然气需求,对压缩机进行了改级,压缩机的叶轮从三级增加为四级,提高了压头,同时将运行方式改变为三台机组并联运行,进口压力降低为3.0到3.3Mpa,输气量增加到1030×104Nm3/D。由于设备的改造使机组运行工况有了很大的变化,运行方式的改变也使许多设备的操作步骤和控制程序无法适应新的情况,给机组平稳运行带来一定的影响。因此,我们在总结以前运行经验的基础上,对新出现的影响机组运行操作的几个方面进行了全面系统的分析、修改,使机组控制程序得到优化。在程序修改后的实际生产中,机组设备的操作更为简洁、机组运行更加平稳,对机组安全平稳运行起到了积极的作用。
存在问题
根据若干年来的运行经验,府谷压气站机组控制程序在运行操作方面存在的七个不合理的控制逻辑:%20A、天然气冷却器旁通阀及风扇电机的控制逻辑
图1:机组工艺流程图 在机组启动过程中,如果机组加载前润滑油温度低于30℃,为有利于机组安全运行,需要机组怠速运行一段时间,待润滑油温度升30℃左右时再进行加载。在此过程中压缩机出口气通过防喘振阀返回至压缩机入口进行循环。压缩机出口温度将很快超过高温报警设定值56℃。此时,程序控制关闭空冷器旁通阀D3150(以A机组为例),并启动运行一台风扇电机,在机组工艺管网中循环的气体切换至通过空冷器进行循环,在空冷器的冷却作用下,工艺气的温度将很快下降至45℃时,空冷器停止运行,旁通阀打开,工艺气的流向切换至通过旁通阀循环。如果风扇电机的一台正在运行,而压缩机出口温度继续上升超过56℃时,两台将同时运行。由于空冷器旁通阀开或关一次需要2分钟左右,在这段时间里,压缩机的入、出口温度变化很大。经过计算,从打开空冷器旁通阀开始,压缩机入、出口温度开始上升,约2分钟后,压缩机出口温度可上升至56℃,此时程序控制阀D3150开始关闭。反之,阀D3150关闭后,循环气通过空冷器,压缩机入口温度开始降低,出口温度也随之降低。约1分钟后,压缩机出口温度可下降到45℃,此时程序又将控制阀D3150开始关闭。如此往复,约7分钟可进行一次循环。在夏天这种现象就更加明显。
在机组更换转子后,同样转速下压缩机出口温度较原来升高很多。在机组入口为0℃,压缩机转速为100%NPT时,压缩机出口温度在65℃左右,已远远超过原来同时运转两台空冷器风扇的设定值56℃,机组启动运行后,基本都是两台风扇同时运行。
长时间如此运行,所造成的不良影响有:电动球阀动作频繁、压缩机组进口温度大幅波动和电力浪费。
同时在并机过程中,机组转速提升过程中,气体温度会快速增加,关闭防喘阀的过程中曾多次出现压缩机出口高温造成停机。 B、防喘阀的控制逻辑及压缩机性能曲线防喘振阀在机组启动加载、运行及停机过程中有着十分重要的作用,它的任何动作都将直接影响到机组是否能正常平稳运行。
目前防喘振阀加载的控制逻辑是根据原转子而设定的。压缩机使用原转子运行情况下,防喘振阀在燃机透平转速达到80%NGP时关闭,低于79.5%NGP时,防喘振阀打开。更换新转子后,压缩机启动、运行及停机过程就表现出与机组加载及并机不协调的问题。
主要表现在:
由于压缩机转子叶片级数的增加,燃机转速达到72%NGP怠速运行,润滑温度较低时,为保护机组,不能对机组尽快加载,需要机组在怠速下运行一段时间,以使润滑油温度上升到30℃以上。此时,由于防喘振阀未关闭,压缩机管网中的工艺气通过防喘振阀进行循环。由于压缩机转子级数的增加,工艺气的温度上升相比原转子而言较快,直接导致前面所述在空冷器旁通阀开、关设定中的问题,如果空冷器旁通阀关闭不及时,压缩机出口温度超过75℃将直接导致停机。
另一方面,在一台或两台机组处于运行状态时,压缩机进出口已形成一定的压差和较高的压比。如果此时仍然按照80%NGP对新启动的机组进行加载与其它机组并机,由于该机组转速较低,相对于正在运行的机组来说,其喘振裕度相对较小。如果在压比较高的情况下关闭该机组的防喘振阀,将直接导致该机组进入喘振区而停机。
为了增加机组输量,2003年进行了机组转子更换,压缩机转子由3级增加到4级。压缩机最大连续运行转速由原来的14300RPM降至13377RPM;最大压比由原来的1.6增加至2.2;压缩机喘振线、进出口压力、进出口温度等所有参数均发生了变化,特别是压缩机喘振控制参数的变化非常重要。旧的压缩机的性能曲线,见图2。
图2:旧的压缩机性能曲线图
由上图可以看出,在以前的压缩机性能曲线中,机组工况点显示范围较宽(转速范围从8171到14300RPM,流量从1500到6000KSM3/D,压头从10到90KJ/Kg),完全能够满足压缩机各种情况下工况点的显示,对操作人员及时了解机组工况的变化,对操作调整机组运行是十分有利的。压缩机更换转子后,根据新转子的设计要求,2003年对压缩机的性能曲线进行了修改。修改后的性能曲线见图3。