HydroCOM4.0氣量無級調節系統在循環氫往復壓縮機上的應用

李　強

(中海煉化惠州煉化公司，廣東　惠州　516086)

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HydroCOM4.0氣量無級調節系統在循環氫往復壓縮機上的應用

李強

(中海煉化惠州煉化公司，廣東惠州516086)

介紹了HydroCOM4.0氣量無級調節系統的原理、應用方案及對催化汽油選擇性加氫脫硫裝置的影響。從使用結果表明：該系統操作簡單，機組運行平穩，節能效果明顯，增強了往復式壓縮機的生產能力，提高了機械效率，大大節約了電耗。通過闡述系統組成、控制方案、實際應用效果,證明這是一項在石油化工行業值得推廣的節能技術。

催化汽油選擇性加氫脫硫裝置；循環氫壓縮機；HydroCOM4.0；節能

壓縮機是加氫裝置的主要耗能設備之一，如何提高壓縮機的效率，降低能耗對整個裝置的節能降耗有著重要的意義。惠州煉化催化汽油選擇性加氫脫硫裝置循環氫壓縮機采用兩臺2D80-74/16-28型往復式壓縮機，單機設計氣量為66000 Nm3/h。由于操作條件較設計工況緩和，目前實際循環氫量僅為單機設計氣量的70%～80%，約有16000～20000 Nm3/h的富余氫氣通過返回線返回至壓縮機入口。由于大量的增壓氫氣沒有進入系統便返回了壓縮機入口，造成了能量的白白浪費,同時沖擊力作用造成管線出現較強振動，帶動鋼結構框架出現局部振動，支撐在框架上的管線也出現了不同振幅的晃動。鑒于上述情況，經過討論決定在壓縮機上裝備HydroCOM氣量無級調節系統。采用HydroCOM氣量無級調節系統主要原因如下：

(1)117單元往復式壓縮機內介質為氫氣，壓力2.4MPa，易燃易爆且壓力較高，而且往復壓縮機是117單元核心裝備，若有問題停機必然造成裝置停工，所以必須選擇可靠的調節系統。裝備賀爾碧格公司開發的HydroCOM氣量無級調節系統，已經在多個國家和地區有應用先例，且國內的已經裝備180多套，在國內同類產品市場占有率達90%左右。

(2)在惠州煉化分公司內部已有應用先例，106單元106-K-101A,107單元107-K101B也是裝備賀爾碧格公司開發的HydroCOM氣量無級調節系統，經過一年多的運行，不僅安全可靠，而且節能效果明顯。

(3)往復式壓縮機裝備完氣量無級調節系統后，富余氫氣通過返回線將調節為0，理論上返回管線振動將消除，且富于氫氣不返回，節約大量氫氣，壓縮機負荷大為降低，電流大幅度降低，節能效果將十分顯著。

1　系統原理及組成

1.1HydroCOM4.0系統工作原理

往復式壓縮機活塞在氣缸中的一個工作循環包括膨脹、進氣、壓縮和排氣四個部分：

從A到B曲線：壓縮機中殘留高壓氣體的膨脹過程。從B到C曲線這個階段屬于進氣過程從C到D曲線這個階段屬于壓縮過程，從D到A曲線：這個階段屬于排氣過程，排氣閥打開，被壓縮體經過排氣閥進入下一級過程。壓縮機一個工作循環所需為圖1中A-B-C-D所圍成的封閉曲線對應的面積[1]。

HydroCOM4.0系統的節能原理：在壓縮機活塞的往復運動中，氣缸進氣結束到達C點時，HydroCOM4.0的卸荷器強制將壓縮機吸氣閥頂開，此時氣體從氣缸中經被頂開的進氣閥流回進氣管而不被壓縮；待活塞運動到特定的位置Cr(對應實際所需氣量)時，卸荷器釋放，頂開進氣閥片的強制作用力消失，進氣閥片回落到閥座上而關閉，氣缸內剩余的氣體開始被壓縮，壓縮過程沿著位置(1r到達位置Dr。所以整個壓縮過程就由C到D改為C到Cr再到Dr。氣體達到額定排氣壓力后從排氣閥排出，容積流量減少。應用HydroCOM4.0系統后，壓縮機一個工作循環所需能量為圖1中A-B-C-Cr-Dr所圍成的封閉曲線對應的面積[2]。如圖1所示。

圖1　壓縮機示功圖及HydmCOM作用下的PV圖

安裝HydroCOM4.0的壓縮機部分負荷運行時，進氣結束后不能立即進入壓縮過程，因為進氣閥在執行機構及卸荷器的作用下依然保持完全打開的狀態，氣缸里的氣體不被壓縮，就回流到進氣腔。當CIU傳輸給執行機構的指令被執行后，進氣閥才關閉，保留在氣缸里的氣體才會被壓縮。該情況就是部分氣體被壓縮，電機的實際能耗相應的降低，達到節能的目的[3]。如圖2所示。

圖2　HydroCOM4.0系統工作原理圖

1.2系統組成

如圖3所示：HydroCOM4.0系統主要由中間接口單元CIU、液壓油站HU、液壓執行器HA、TDC傳感器及相關附件等組成。其中中間接口單元CIU是系統的重要組成部分，它起到了中間轉換接口的作用，使HydroCOM系統簡化為一個可以接受4～20 mA標準電流信號的調節閥，更容易與現有的DCS或者其它控制系統集成在一起[4]。

液壓油站HU提供機械動力。通過內置齒輪油泵的作用，把液壓油的壓力從常壓提升到7MPa。隔膜蓄能器安裝在液壓油供油及回流管路上來穩定油壓。

上死點傳感器安裝在飛輪上，TDC傳感器傳遞活塞在氣缸上的即時位置，以保證氣閥被頂開之時是吸氣終了的壓縮階段。

EPS向執行機構提供48 VDC外部電源。

圖3　HydroCOM4.0系統結構組成

2　控制方案設計

2.1未使用HydroCOM4.0前的控制方案

117-K-101A/B兩臺壓縮機，原來運行方式為一開一備。裝備HydroCOM4.0前，氣量調節通過旁路閥和全程壓開進氣閥的開/關方式來實現。

圖4　工藝控制簡圖

2.2HydroCOM4.0控制方案

117-K-101A/B兩臺壓縮機一開一備，壓縮機A機為備用機，配備了新系統B 機提供可變氣量，壓縮機的實際有效控制范圍就可從0%到100%。

FIC00704B為反作用，控制目的是讓FI00704B設定值為0，當回流量增大，FIC00704B輸出值減小，HydroCOM4.0負荷減低，實現減少流量的目的。

實際輸出至CIU的信號需要進行線性化，經過上述線性化，FT-00704B的輸出為4～20 mA標準電流信號,CIU控制柜接收DCS輸出經過線性化后的0～100%信號后，轉換成液動執行機構的工作電壓信號0～48 V，進而實現對壓縮機負荷的控制功能。

2.3靈活的控制設計

安裝了新的氣量無級調節系統后，為保證生產裝置的正常運行，原回流控制系統仍然需要保留，以作為新系統故障時的備用應急流量調節系統。

新的系統可與現有DCS系統配合使用，與DCS相關的工作須由各方配合完成。根據117-K-101A/B壓縮機的結構參數，對DCS的基本要求如下：

DCS 到HydroCOM系統的4～20 mA模擬電流信號：2個(壓縮機各級負荷控制信號)

DCS到HydroCOM系統的激活用開關點：1個;

HydroCOM系統到DCS的報錯、報警開關點：3個;

HydroCOM系統到DCS的4～20 mA模擬電流信號：10個(閥室外蓋處溫度信號8個+液壓油站壓力、溫度信號2個)。

117-K-101A/B機裝備新的HydroCOM系統后可以做到：

(1)新的系統可實現壓縮機0% ～100%負荷范圍內的無級調節；

(2)新系統可以對壓縮機總出入口壓力進行自動控制，在系統中僅需輸入要求的壓力值，新的系統即可自動跟蹤并且穩定此壓力；

(3)新的系統經控制邏輯設計，可以實現手動操作、自動操作和系統切除的功能；能實現壓縮機的平穩啟動、加載、切換和停機；

(4)HydroCOM系統故障時可自動切除，使用原旁通調節方式接手氣量調節任務。

3　結　論

通過本文所闡述的控制方案的實施，HydroCOM4.0氣量調節系統能夠非常好地滿足裝置的實際需要。按照裝置當前的負荷，對HydroCOM4.0系統投用經濟效益分析，壓縮機功率2500 kW，投用前電機電流130～140 A，投用后壓縮機負荷為原來的70%～80%，電機電流90～100 A，按照年平均運行時問8500 h，每年可節約電費200萬元左右，經濟效益顯著。而且通過增上HydroCOM4.0氣量調節系統，返回氫量大幅下降，沖擊力作用減少，管線的振動大大降低。

[1]梁涌.往復壓縮機氣量無級調節系統的原理及應用[J].壓縮機技術,2007,22(2):06-22.

[2]陳睿．氣量無級調節系統的原理及應用[J]．廣州化工，2012,7(2):7-23.

[3]莫少明,孟劍,王軍營.HydroCOM在煉油企業往復壓縮機上的應用[J].壓縮機技術,2010,21(2):20-22.

[4]安士萍.氣量無級調節系統在新氫壓縮機上的應用[J].安慶科技,2011,10(5):5-15.

HydroCOM4.0 Gas Stepless Adjustment System in the Recycle Hydrogen Reciprocating Compressor

LI Qiang

(CNOOC Huizhou Refining & Petrochemicals Company,Guangdong Huizhou 516086,China)

The application of HydroCOM4.0 infinitely variable control of hydrogen flowrate of recycle hydrogen compressor in FCC gasoline selective hydrodesulphurization unit was introduced．The operation results indicated that the system operation was easy and stable．The operating capacity of the reciprocating compressor was increased with higher mechanical efficiency and great energy saving．Via describing the system structure，the control specification，the results of practical application，it was proved to be a valuable energy saving technology to promote in petrochemical industry．

FCC gasoline; selective hydrodesulfurization; recycle hydrogen compressor; HydroCOM4.0; energy saving

李強(1980-)，男，2005年畢業于鄭州輕工業學院，學士，中海煉化惠州煉化分公司運行一部工作，催化汽油選擇性加氫脫硫裝置設備工程師。

TH457

A

1001-9677(2016)011-0190-03