摘要：文章通过介绍新引进的4DI110型离心式空压机(以下简称“空压机”)试运行阶段开始以来的运行情况和气温变化对空压机出口流量造成的影响，分析空压机出口流量随气温变化而变化的规律，指出空压机防喘阀V3004阀不能自动调节出口压力，影响空分装置工况的稳定。为实现空压机出口压力的稳定，对其防喘阀V3004阀采取增设自动旁路阀V3008阀的技术改造，同时优化和完善相关逻辑控制并阐述了空压机经技术改造后的操作优化和取得的实际效果。

　　关键词：4DI110型离心式空压机；逻辑控制；技术改造；操作优化

　　1空压机简介

　　离心式空压机是整个空分装置核心设备之一，原料空气经过滤后，由离心式空压机压缩至一定压力后送空分装置下阶段工序处理。青海盐湖元品化工有限责任公司(以下简称“盐湖元品”)KDON20000/29000型空分装置，流程简图如图1所示。由河南开封空分集团有限公司引进，试车后投用，为后续乙炔装置和合成氨装置提供原料气氧气和氮气。配套空压机是西安交大赛尔机泵成套设备有限责任公司制造的大型4DI110型离心式空压机(以下简称“空压机”)。空压机由NKS40/56型汽轮机提供动力，设计入口温度30℃,出口压力0.490 MPa，出口流量120 000 m3/h。空压机出口管道设有防喘振系统，以确保机组安全，通过入口导叶、防喘阀V3004阀调节机组稳定运行。

　　2空压机各级进气/排气压力

　　空气经空压机四级压缩后，压缩空气送空分装置下阶段工序处理。空压机设有级间冷却器，可带走压缩过程中产生的部分热量。空压机试运行阶段开始以来进气/排气压力的设计值与实际运行值，如表1所示。

　　3空压机出口流量随气温变化规律

　　压缩机喘振一般都设置防喘阀，通过管道和消音器将压缩空气排向大气，防止发生喘振。盐湖元品空分装置试运行阶段开始以来，空压机的防喘阀V3004阀在夏季出现全关，对应出口压力0.465 MPa，出口流量110 000 m3/h，正午时的出口流量甚至低于110 000 m3/h。冬季空压机的防喘阀V3004阀开度19%，对应出口压力0.465 MPa，出口流量120 000 m3/h，空压机长期在不同气温下运行的出口流量，如表2所示。

　　由表2可以看出，随着气温变化，空压机出口流量波动较大，致使出口压力随之变化。这是由于随着气温下降，空气密度增大，空压机压缩比也会增大，流量也会升高。为保持出口压力稳定，必须手动增加防喘阀V3004阀开度。所以这种空压机在冬季时能有更好的适应性，在出口压力一定的情况下，防喘阀V3004阀的开度相对较大。

　　为了稳定空压机的出口压力，需对空压机的防喘阀V3004阀的开度频繁进行手动调节，而空压机ITCC控制系统中设定的防喘阀V3004阀主要用途是防止空压机超压或喘振，如要调节空压机的出口压力，需经中控室操作人员手动调节防喘阀V3004阀的开度，而防喘阀V3004阀为DN350的蝶阀，不能进一步微调，因此防喘阀V3004阀在调节空压机出口压力时出现压力波动较大的情况。另外，在空分装置的每次开工阶段，稳定空压机的出口压力较为困难，导致空分装置增压机出口压力和分馏塔系统压力也随之波动，分馏塔上塔积液困难，空分装置开工阶段所需时间较长。

　　4技术改造的作用

　　充分考虑空压机进气温度对其出口压力的稳定有着重要影响，对空压机进行技术改造，主要是在原来的防喘阀V3004阀旁增设自动旁路阀V3008阀，然后优化和完善相关逻辑控制后投运。

　　4.1稳定空压机出口压力

　　空压机原设计中防喘阀V3004阀的进口截面积较大，没有设置自动调节压力的功能，只能在DCS系统的“空压机防喘控制”对话框，如图2所示中以手动点击箭头按钮的方式进行控制，中控室操作人员很难对防喘阀V3004阀实时进行手动控制。另外，防喘阀V3004阀在空分装置运行中出现开关5%后不能立即动作，而数分钟后才会突然开大或关小的情况，停工检修时也未能消除此故障，对空分装置的稳定运行带来重大隐患。空压机出口压力波动较大，造成空分装置分子筛纯化器充压阶段分馏塔系统压力和产品氧、氮气的流量随之大幅波动。通过技术改造，增设自动旁路阀V3008阀后，可以有效解决此问题，尤其是在气温温差较大的情况和装置开工阶段，能够大幅减少防喘阀V3004阀的手动开关频次，通过增设的自动旁路阀V3008阀实时自动稳定空压机出口压力，提高了空压机的可操作性，同时也减轻了中控室操作人员的操作压力。

　　4.2稳定空分装置工况

　　空压机为整个空分装置提供原料空气和所需压力，因此空压机稳定的出口压力，对空分装置的稳定运行起着至关重要的作用。空压机稳定的出口压力，能够有效保证空分装置分子筛纯化器在充压时按时切换，消除空分装置分子筛纯化器充压时引起的装置系统的压力和氧气、氮气产品外送流量的大幅波动。另外，空分装置分子筛纯化器的稳定运行直接关系到后阶段工序氩系统的正常运行和氩系统液氩纯度的调节，所以空压机稳定的出口压力是空分装置氩系统纯度调节和正常运行的必要条件。

　　空压机出口压力过高或过低都会影响到空分装置分馏塔系统和氩系统内的精馏平衡，从而影响到产品的产量和纯度，对于氩系统尤为如此。因此，空压机出口压力稳定是空分装置下阶段工序系统稳定运行的前提条件。通过技术改造增设自动旁路阀V3008阀，既能保证分子筛纯化器的稳定充压和顺利切换，加快空分装置开工阶段分馏塔系统上塔的积液速率，还能消除原设计中存在的空分装置操作压力和氧气、氮气、氩气产品流量的大幅波动，为氩系统的纯度调节和稳定运行提供了重要条件。

　　4.3降低操作风险

　　空压机是使空分装置整个运行工况稳定的重要条件，而空压机的防喘阀V3004阀是关联在ITCC控制系统中防止空压机出现喘振和超压现象发生的阀门。原设计未设置自动调压功能，只能通过手动调节开度的方式控制空压机出口压力，这样就大大增加了空压机超压或失压的风险。另外，还影响空分装置的后续装置稳定生产。通过技术改造增设自动旁路阀V3008阀，实现了自动精细调节空压机出口压力，具备了可靠性和安全性，同时也减轻了中控室操作人员的工作量，具有较强的实际应用价值。

　　5技术改造方案及实施

　　空压机防喘阀V3004阀存在调节出口压力精度低，且动作严重滞后的情况，空分车间向其所属公司盐湖元品和空压机制造单位西安交大赛尔机泵成套设备有限责任公司提出申请，获得批准后实施技术改造，即在空压机防喘阀V3004阀旁增设一台进口截面积DN150的自动旁路阀V3008阀。

　　由于技术改造的工程量小，施工难度低，由元品化工机修厂负责进行管道和阀门的安装等，所需材料均由盐湖元品物资部进行采购。由空分车间技术人员和空压机制造单位西安交大赛尔机泵成套设备有限责任公司技术人员协同进行DCS系统组态和调试。

　　施工时在空压机防喘阀V3004阀所在管径DN700的管道的水平位置上开孔，孔径φ163 mm，并在孔处焊接DN150旁路管道。旁路管道出口为空压机防喘阀V3004阀及其后异径管后，90°弯头后的开孔，孔径φ328 mm，并在孔处焊接DN300旁路管道，施工简图如图3所示。

　　控制逻辑设定为将空压机防喘阀V3004阀超压调节压力由≥0.500 MPa(表压)改为≥0.510 MPa(表压)，增设空压机排气压力PICAS3010≥0.470 MPa(表压)时，由增设的自动旁路阀V3008阀进行超压调节的逻辑控制；增设自动旁路阀V3008阀全开作为允许启机的条件之一的逻辑控制；增设空压机停机，自动旁路阀V3008阀全开的逻辑控制；其他逻辑控制不变。在ITCC控制系统中增设AO点、AI点各一个，DI点两个。

　　6技术改造后的操作优化

　　经技术改造后，空压机的自动旁路阀V3008阀具备自动调节、手动调节、半自动调节(空压机停机，自动旁路阀V3008阀全开)3种功能，操作便捷，指令精确。空压机调节阀控制V3008对话框，如图4所示。此时，空压机的防喘阀V3004阀仅做防喘振控制和出口压力的粗略调节，出口压力的精细调节由增设的自动旁路阀V3008阀进行实时自动控制。经DCS系统组态和调试，空压机的这两台阀门中的任何一台出现故障，也可相互照应进行抢修，减少了空分装置的非计划停工，为后续装置的稳定生产提供了保障。

　　7优化后的效果

　　经过近5天的技术改造，消除了影响空压机出口压力稳定的因素，在DCS系统上对空压机压力调节系统增设了自动旁路阀V3008阀，空压机出口压力的稳定得到了极大改善，为空分装置及其后续生产装置的连续稳定运行奠定了坚实的基础，同时也减少了后续生产装置的非计划停工和不必要的经济损失。

　　8经济效益分析

　　由于空压机防喘阀V3004阀在实际生产中出现多次故障，且空压机出口管道上仅此一台可调节防喘阀，其又不可在线抢修，导致空分装置被迫停工，造成后续装置不必要的降负荷或停工。如乙炔装置裂解炉跳车和合成氨装置的非计划停工等，严重制约元品化工整条生产链，造成较大经济损失。空分装置停工后要以最短时间恢复生产，至少需要两天时间。另外，空分装置停工后可能会有不可预料地影响后续生产装置的不利因素出现。鉴于以上原因，此项技术改造意义重大。通过技术改造，空压机防喘阀V3004阀仅做空压机的防喘振控制，不再进行复杂和不精确的空压机出口压力的手动调节，出口压力的调节可由增设的自动旁路阀V3008阀进行，这样提高了空压机出口压力调节的精确性和可靠性，同时也减少了空分装置的非计划停工，为后续装置的稳定生产创造了有利条件。通过此次技术改造，不仅为企业带来了可观的经济收益，更重要的是确保了生产环节的本质安全。

　　9结语

　　通过对空压机的技术改造和操作优化，解决了长期困扰企业的空分装置稳定运行难题，实现了空压机出口流量和压力的稳定。因此，在平时的监盘和操作中，要善于发现问题并及时采取积极的整改措施，将这些影响空分装置稳定运行的问题予以解决，以实现空分装置及其后续生产装置高效、稳定运行。另外，空压机是空分装置的原料空气的供应源头，保证空分装置稳定运行的关键是在机型选择上应慎重[4]，可以考虑选用可靠制造商的成熟机型，以减少空分装置后期运行中可能出现的问题。

       参考文献：

　　[1]雷晨.空分装置离心式空压机空气管道设计[J].冶金动力，2019(7)：35-37.

　　[2]孟强，张丽.大型空分装置配套空压机放空管道振动研究[J].冶金动力，2021(6)：34-36.

　　[3]孙全海.VK-125型空压机进气导叶的控制优化[J].深冷技术，2014(6)：65-68.

　　[4]王新杰，彭旭东，周锋.带液体膨胀机43 000 m3/h空分设备的设计和运行分析[J].深冷技术，2014(5)：26-29.