加氫裝置新氫壓縮機節能優化

摘要:針對加氫裝置新氫增壓機富裕量過大，不利于節能的情況，分別采用安裝氣量無級調節系統和建立8.0MPa氫氣管網的方式，進行節能改造，取得了較好的效果，達到了節電、節能的目的。

關鍵詞:裝置 壓縮機 無級調節 優化 節能

0 引言

某石化公司原油適應性改造項目全部實施后，加氫總能力可達560萬t/a。其中主要有三套汽柴油加氫裝置、一套蠟油加氫裝置、一套航煤加氫裝置以及一套加氫裂化裝置。以上裝置除了航煤加氫裝置反應壓力較低不需要新氫壓縮機外，其他裝置均采用新氫壓縮機作為系統反應需要的補充氫氣來源。由于新氫壓縮機在選型時為了適應不同的工況，各臺新氫壓縮機均有一定的富裕量，長期靠“出口返回”來控制反應的耗氫，存在較大的節電潛力。

1 新氫壓縮機節能優化措施

1.1 加氫裂化裝置增加配置氣量無級調節系統 加氫裂化裝置有三臺新氫壓縮機，每臺壓縮機出口排量為30800Nm3/h，軸功率為2893~2855kW，電機功率為3300kW，在日常的生產中采用兩開一備。兩臺新氫機滿負荷可以提供66000Nm3/h氫氣，實際生產中耗氫約48000Nm3/h，此情況下有約18000Nm3/h的富余氫氣通過“三返一”角閥返回至新氫機進口，這樣造成了很大的浪費。目前常用的壓縮機氣量調節方法通常主要有負荷調節(頂開吸氣閥法)、余隙調節、旁路調節、轉速調節等。以上措施雖然投資較少，但在運行過程中，浪費了大量的能量。本裝置考慮到高壓、大功率及準確控制的需求，采用旁通調節，即將富余的被壓縮的氣體通過旁通閥節流到進氣總管。而近年一種被稱為氣量無級調節系統的技術被逐步應用在壓縮機上。在新氫機上增加無級氣量調節系統，可以將富余的氣體在壓縮前直接流回到進氣腔，使得壓縮機僅對實際需要的氣量進行壓縮，從而最大限度地節電。無級氣量調節系統(HydroCOM系統)就具有這樣的功能。HydroCOM系統是專為往復式壓縮機設計的無級氣量調節系統，可以實現0-100%全行程范圍內壓縮機排氣量的無級調節。使用HydroCOM氣量調節系統，在滿負荷運行工況下，壓縮過程沿曲線進行;在部分負荷運行工況下，氣缸進氣終了時，進氣閥閥片將在執行機構作用下仍被卸荷器強制地保持在開啟狀態，此時原吸入氣缸的部分氣體經被頂開的進氣閥回流到進氣管而不被壓縮，待活塞運動到特定的位置時(對應所要求的氣量)，執行機構作用在進氣閥片上的強制外力消失，進氣閥關閉，氣缸內剩余的氣體開始被壓縮，壓縮過程再從某個位置到達另一位置。采用這種調節方法，壓縮機的指示功消耗與實際容積流量成正比。當壓縮機的負荷為50%時，壓縮機所消耗的能量只有滿負荷時的一半左右，這就是HydroCOM系統“回流省功”的原理。

其具體的工作原理是:DCS中的PID控制器根據實際負荷得出4~20mA的控制信號，送給CIU(DCS系統和執行機構之間的中間接口單元)轉換成電子指令控制執行機構。液壓驅動的執行機構根據4~20mA的控制信號控制進氣閥延遲關閉的時間，控制每個行程所需壓縮的氣量。在壓縮行程的開始階段，進氣閥在卸荷器的作用下保持全開狀態，氣缸里的氣體不被壓縮直接回流到進氣腔。當發出進氣閥關閉指令時，進氣閥關閉，氣缸里的氣體被壓縮，到達排氣壓力排出氣缸。為了更便捷、準確、可靠地調節壓縮機的實際處理量以滿足系統的實際生產需要，并同時滿足對壓縮機各級進排氣壓力進行精確控制，在K3101C機組上增加一套賀爾碧格公司生產的HydroCOM壓縮機無級氣量調節系統。其主要配置有:①在DCS系統中組態的控制程序;②安裝在機柜間的控制柜上的DCS系統和執行機構之間的中間接口單元(CIU);③安裝在進氣閥上方的執行機構(HA)(根據DCS的信號控制進氣閥的延遲關閉時間);④安裝在壓縮機附近的液壓油站(HU)(給執行機構提供頂開進氣閥所需的油壓動力)。

2008年底項目立項，2009年3月設備到貨并進行安裝調試，2009年4月27日壓縮機無級氣量調節系統投用。

2 使用效果

2.1 壓縮機無級氣量調節系統 根據生產的需求，加氫裂化裝置處理量經常維持在130t/h以下。此工況下，兩臺壓縮機同時運行，返回量為20000Nm3/h，實際所需流量僅為一臺滿負荷加另一臺壓縮機設計負荷的30%，70%通過旁通回流到進氣總管。投用前后的狀況為進料量125t/h，裝置負荷為71.4%，投用前K3101C電流為270A，投用后電流為150A，降低了120A。折合每小時節能量為1100kWh，考慮到裝置耗氫量以及氫氣壓力波動等因素，按節能量為900 kWh計算，年經濟效益270萬元以上。

2.2 8.0MPa氫氣管網 2009年3月12日投用時由于3#加氫裝置因為物料平衡原因停工待料，因此將4#加氫裝置富裕的氫氣供給蠟油加氫裝置作為新氫補充，停用了蠟油加氫裝置的新氫壓縮機。從初步的運行情況看，由于目前僅開了蠟油加氫裝置和4#加氫裝置，因此只能在這兩套裝置間投用管網。這兩套裝置在接近滿負荷的狀況下耗氫量較大，單用4#加氫的新氫壓縮機供應氫氣不夠，只能依然開蠟油加氫裝置的新氫壓縮機。因此目前生產上采用滿負荷和低負荷間隙性調整，如前半個月滿負荷，后半個月低負荷，這樣就能夠保證每個月有一半以上的時間投用8.0MPa氫氣管網，也意味著蠟油加氫裝置的新氫壓縮機能夠每月停運半個月以上。按蠟油加氫裝置停運的壓縮機功率為1500kW計算，全年可節約160萬元。

3 結論

加氫裂化的新氫壓縮機增加配置HydroCOM氣量無級調節系統，取得了很好的節能效果，年效益可達270萬元以上。

參考文獻:

[1]韓宗仁主編加氫裂化工藝與工程中國石化出版社.

[2]禹曉偉.Hydro COM氣量調節系統在新氫壓縮機上的應用石油化工設備技術.石油化工.設備技術:2003，24(4):29-31.

[3]姚建國.往復式壓縮機氣量調節系統的應用.高橋石化:2004.04:29-31.