关于加氢改质装置循环氢压缩机喘振分析及控制的探讨

孔亮

摘要：基于工艺条件需求，在加氢装置中，常采用离心压缩机视为循环氢压缩机。在离心压缩机工况中，喘振不是正常工况，当达到一定条件时，喘振就可发生。基于压缩机喘振，本文对其进行了概述，对引起压缩机喘振的因素进行了分析，对如何有效控制压缩机喘振进行了探讨，本人能力有限，希望能帮助到相关人士。

关键词：压缩机喘振;可变极限流量;固定极限流量;循环氢

引言：在工业生产系统中，离心压缩机是关键设备，用来对气体进行传输，在离心压缩机中，喘振是独有的特点，若离心机发生喘振，极有可能对设备造成损坏，进而引起物质泄漏事故的发生，在此情况下，不得不停止生产，来对设备进行检修，进而给企业造成一定的损失。

1.有关喘振的概述

在压缩机处于运行状况时，在压力一定的条件下，若气体流量低于限定值，在此情况下，经过压缩机的气流存在极大的不稳定性，随之一系列参数会产生较大的变化，比如气体的流量，以及压缩机出口处的压力等，进而发生不正常的声音及振动，而且是非常强烈的，这就是所谓的喘振。在压缩机发生喘振现象之后，不仅能直接损害压缩机本身，而且一系列的组件会因喘振而出现磨损的情况，比如轴承、滤网以及法兰，若情况较为严重，将能致使压缩机不能正常运行。另外，对于压缩机而言，其大部分流通介质具备一定的可燃性以及毒害性，如果压缩机被损坏的程度较大，将会导致很多高分气的泄漏，在此情况下，将极大提高安全事故发生的概率[1]。

2.流程说明

针对于加氢改质，在其工艺中，人们将循环氢称之为高分气，很多情况下，可重复使用循环氢，借助于压缩机，可从分离器顶部，将高分气抽取出来，在经过压缩机增压处理后，可将高分气分为三路，其中，一路高分气在与新氢混合之后，与原柴油组成新的混合物，通过加热炉，对混合体进行加热，最后进入反应器内进行反应;一路高分气为冷氢所使用，在一定程度上，可对床温进行调节;第三路循环氢被引入到分离器的入口处，又称之为反飞动线，若情况较为特殊，可进行适当开启，促使压缩机中气体回流，进而可降低压缩机出现喘振的概率。待反应终止之后，借助于高压分离器，将高分气（也就是循环氢）分离出来，之后重复上述循环。

3.引起压缩机喘振的因素

若出现喘振，流量波动较大，机组振动程度加大，促使转子承担载荷，若情况严重，将会促使元件与转子发生碰撞，进而对轴承造成一定程度损坏，最终导致一系列事故的发生，比如爆炸事故。针对于加氢改质装置而言，当其处于正常运行状态时，反应器里的反应较为平衡，高分气分子量实质上是一种稳定数值，在操作参数发生改变的同时，循环氢分子量随之发生变化。在高分气分子量下降到某个数值时，性能曲线呈现下降的趋势，在工作点掉入喘振区之后，进而引起压缩机出现喘振[2]。目前，在加氢改质装置中，所采用的新氢，其纯度是相当高的，高分气纯度已大于85%，如果对废弃新氢进行二次排出，会促使其纯度提高，在此情况下，将极大增加喘振发生的概率，结合喘振发生的情况来分析，绝大多数发生于高分排放的情况。

在压缩机运行过程中，背压压力对其的影响不是很大，在背压压力处于较低的情况下，压缩机转动速率随之提高，抽气量显著增加，在此基础上，致使高分压力呈现降低的趋势，进而对产品质量造成一定程度的影响;当背压压力较大时，压缩机转动速率随之降低，抽气量显著减少，致使高分压力呈现上升的趋势，高分废氢被排出，高分气纯度随之增加，在此情况下，极容易发生压缩机喘振的现象。针对于高压分离器而言，在液相状态中，在温度逐渐降低的同时，氢气溶解能力随之降低，在液相中，烃类物质的溶解能力随之提高;在温度逐渐增加的同时，氢气溶解能力随之增强，在液相中，烃类物质的溶解能力随之降低。在实际运行中，不存在阀门开关操作。基于此，在原油进料量恒定，以及注水量一定的情况下，对于系统特性曲线而言，系统压力下降对其的影响较大。在系统压力增加的同时，曲线斜率随之变大，工作点逐渐朝着喘振区域移动，当系统压降处于某一范围时，工作点将对掉入喘振区，进而引起压缩机喘振的发生。

4.压缩机喘振的控制

为降低压缩机喘振形成的概率，现如今，有很多较为成熟的技术得到广泛使用。另外，在最新控制技术的前提下，并结合相关的控制原理，部分新型控制技术正在大力研究，并取得一定的发展，在经过不断发展之后，系统稳定能力得以提高。固定极限流量法：当负荷条件处于最大时，相比于其他负荷条件，在压缩机发生喘振的情况下，流量Q是最高的。针对于压缩机最小流量，将其进行适当调整，确保其大于Q的8%左右，此时称之为Qmin。当压缩机流量小于该限定值时，相关的阀门被开启，将一部分流通介质进行排出，或者促使气体流量回流到入口处，促使系统内部流量大于限定值。在对压缩机的喘振进行控制的过程中，采用该种方法，具有以下优势：所需检测的仪表不多，控制原理容易理解。同时，该种方法存在一定的不足，具体而言，在负荷较低的情况下，会造成一些流量的浪费，不能充分利用气体流量，不利于提高系统的效率。针对于压缩机而言，在其负荷处于最小的情况下，流通介质往往处于被排空的状态。基于此，若压缩机长时间处于高负荷状态，可采用该方法来对喘振进行控制。

可变极限流量法：若压缩机负荷变化频率较大，应综合考虑负荷条件的不同，发生喘振的不同部位。如果为防止压缩机发生喘振，把喘振线视为控制的限值，因此，在喘振线附近，压缩机会呈现来回波动的趋势，在此情况下，可有效避免喘振现象的发生。基于压缩机的喘振线，可将其右边8%左右的曲线视为限值，可称之为响应线，通过这样的方式，可有效防止压缩机进入不稳定区[3]。与固定极限流量法相比而言，在压缩机负荷不高的情况下，采用可变极限流量法，可有效减小循环的流通量，进而促使效率得以提升，气体流量得到充分利用。然而，在对压缩机喘振进行控制时，采用该种方法，对防喘阀有着较高的要求，在对阀门进行选择时，应选取快开特性的，或者借助于相关的组件，比如电磁阀，在突发情况下，以便能快速打开阀门;此外，使用该方法，所需仪表数量较多，不仅需要大量的流量，而且还要有压缩机的出口与入口压力，要求检测具备较高的精准度。

新技术的探索和运用：伴随技术的快速发展，以及控制理论愈加成熟，在压缩机喘振控制领域，一些新方法得以形成，并得到一定程度的应用。比如，基于模糊控制原理，将调节器与模糊控制器进行融合，进而形成模糊PID调节器，该复合调节器有效融合了两者的优势，动态响应因此得以提升;有效借助于预估控制，在压缩机没有发生喘振现象之前，在工作点朝着喘振区域移动时，若速度较快，可事先进行干预，进而实现对压缩机喘振的控制。

结论：通过以上的分析可以得知，采用可变极限流量法，可有效减小循环的流通量，进而促使效率得以提升，气体流量得到充分利用;在压缩机发生喘振现象之后，不仅能直接损害压缩机本身，而且一系列的组件会因喘振而出现磨损的情况，若情况较为严重，将能致使压缩机不能正常运行;若出现喘振，流量波动较大，机组振动程度加大，促使转子承担载荷，若情况严重，将会促使元件与转子发生碰撞，进而对轴承造成一定程度损坏，最终导致一系列事故的发生。

参考文献：

[1]曹卫波，黄晓晖.柴油加氢改质装置催化剂烧结原因分析[J].炼油技术与工程，2017，46（06）：48-51.

[2]孟祥寶，丁鹏飞，赵磊.影响加氢改质装置安全运行的因素及控制措施[J].化工管理，2018（02）：2-3.

[3]车广博.影响加氢改质装置安全运行的因素及控制措施[J].石油化工安全环保技术，2019，25（04）：46-48+69.