延遲焦化裝置壓縮機余隙調節(jié)應用實例

秦景民，王賢山

(正和集團股份有限公司，山東 廣饒 257300)

隨著經濟的迅速發(fā)展，我國能源消耗快速增長，石油對外依存度增大，節(jié)約能源問題突出。國家出臺《中華人民共和國節(jié)約能源法》，并制定“十二五”、“十三五”節(jié)能減排規(guī)劃，加強用能管理，倡導全社會合理利用能源。

煉油裝置往復式壓縮機屬耗能設備，其排氣量一般是根據(jù)裝置所需的最大容積流量或近期裝置可能擴容所需的流量來選擇，一般具有一定的富裕量。由于入口條件的改變(入口壓力、溫度等)、工藝流程或耗氣設備的需求量改變，當耗氣量小于壓縮機的排氣量時，需對壓縮機進行氣量調節(jié)，以使排氣量適應耗氣量要求，保持管網壓力穩(wěn)定，達到節(jié)能降耗的效果[1-3]。

某煉廠延遲焦化裝置設有富氣壓縮機3臺，為往復式壓縮機，處于開二備一狀態(tài)，根據(jù)入出口壓力、回流量，生產所需氣量約為兩臺壓縮機壓縮氣量的80%。富余氣量采用旁通回流方式進行調節(jié)，約20%的氣量回流重復做功，形成一定的能源浪費。在節(jié)能降耗大背景下，需采用合理方式，實施壓縮機氣量調節(jié)，減少壓縮機運行能耗[4-5]。

1 壓縮機氣量調節(jié)方式

常見的壓縮機氣量調節(jié)有四種方式，即轉速調節(jié)、壓開進氣閥調節(jié)、旁通調節(jié)、余隙腔調節(jié)。

轉速調節(jié)即通過改變壓縮機的轉速來調節(jié)排氣量。調節(jié)優(yōu)點是氣量連續(xù)，但驅動機為內燃機和汽輪機的壓縮機上應用廣泛，電動機驅動的往復式壓縮機上不適用。

壓開進氣閥調節(jié)根據(jù)進氣閥被壓一過程的長短，分全行程壓開進氣閥和局部行程壓開進氣閥兩種方式。全行程壓開進氣閥的調節(jié)幅度較大，適用于粗調節(jié)。局部行程壓開進氣閥調節(jié)的原理與全行程壓開進氣閥相似，但運行經濟性較差。

旁通調節(jié)排氣管經由旁通管路和旁通閥門與進氣管相連接，局部排氣便又回到進氣管路中。調節(jié)方法比較靈活，調節(jié)精度比較高，且簡單易行，但損耗掉全部壓縮功，所以經濟性差。

余隙腔調節(jié)的工作原理是壓縮機的氣缸上除固定余隙容積外，沒有一定的空腔。空氣壓縮機調節(jié)時接入氣缸工作腔，使余隙容積增大，容積系數(shù)減小，排氣量降低。多用于大型工藝壓縮機。主要缺點是通常手動調節(jié)，且響應速度慢，需與其它調節(jié)方式配合使用。

可調余隙調節(jié)是在固定余隙調節(jié)的基礎上，將固定余隙改變成余隙容積連續(xù)可調的調節(jié)方法，取消控制輔助余隙腔與氣缸之間連接的余隙閥，可調余隙缸與外側氣缸直接相通，進出余隙缸的氣體無阻力損失。

可調余隙調節(jié)氣量時，理論上壓縮機的指示功與氣量正比例變化；余隙增大會導致壓縮過程活塞力升高速率降低，膨脹過程氣缸內高壓氣體推動活塞往內側運動，減少曲軸連桿的受力，有利于減少運動機構的摩擦力，排氣量與電動機能耗幾乎成正比，是目前壓縮機調節(jié)氣量最節(jié)能的方式(變頻除外)。余隙示意圖和示功情況見圖1。

圖1 存在余隙Vc的示意圖和示功圖

2 延遲焦化富氣壓縮機余隙調節(jié)改造方案

基于此，企業(yè)積極響應國家節(jié)能號召，對壓縮機實施余隙調節(jié)改造。

方案目的。通過電液控制機構智能調節(jié)，能根據(jù)給定的控制參數(shù)，自動控制流量在60%-100%的連續(xù)無級調節(jié)和各級間壓縮，避免20%氣量回流重復做功，從而達到節(jié)能的目的。而且還可以輕松實現(xiàn)壓縮機的平穩(wěn)啟動、切換和停機，短時間內在不需停壓縮機的情況下就可對控制系統(tǒng)進行檢修維護。

技術方式。在不改變壓縮機原主體結構及不改變壓縮機原控制系統(tǒng)的情況下，僅對壓縮機缸蓋進行改造，基本不改變機組原控制系統(tǒng)，僅取消原固定余隙調節(jié)。可調余隙容積采用電液控制方式；使得排氣量在60%～100%內進行無級調節(jié)或按實際需要設計調節(jié)范圍。余隙系統(tǒng)組成：執(zhí)行機構由余隙缸、余隙活塞和液壓缸等組成，取代原有的缸蓋和固定余隙。新增加的電液控制系統(tǒng)可以根據(jù)主控變量或通過手動給定參數(shù)，通過PLC或用戶DCS、電磁閥、位置傳感器、伺服油缸組成的電液控制系統(tǒng)，使余隙缸活塞按輸入信號作直線位移，從而實現(xiàn)各級余隙容積變化的伺服控制，最終實現(xiàn)壓縮機排氣量和級間壓縮比的控制。泄漏檢測系統(tǒng)通過限流孔板、壓力變送器、限壓排放單向閥組成泄漏檢測系統(tǒng)，在線檢測執(zhí)行機構泄漏狀況，也可通過現(xiàn)場操作就地排放閥直觀檢測泄漏。

方案亮點。余隙調節(jié)系統(tǒng)是專為往復式壓縮機開發(fā)的數(shù)字式電液控制氣量無級余隙調節(jié)控制系統(tǒng)，適合氣閥徑向布置的壓縮機。控制系統(tǒng)可以根據(jù)主控變量或通過手動給定參數(shù)，通過可編程控制器(PLC)、電磁閥、位移傳感器、伺服油缸組成的電液位置控制系統(tǒng)，使余隙活塞按輸入信號作直線位移，從而實現(xiàn)各氣缸余隙容積變化的伺服控制，最終實現(xiàn)壓縮機排氣量和級間壓縮比的控制。

調試過程及注意事項。調試過程分液壓系統(tǒng)及執(zhí)行機構調試和控制系統(tǒng)調試兩個部分。液壓系統(tǒng)及執(zhí)行機構調試過程中，主要關注內容為：確認執(zhí)行機構安裝完好，管線、傳感器電纜聯(lián)接好；所有手動閥門處于全開狀態(tài)或全關狀態(tài)；進行氮氣氣密試驗，確認泄漏壓力傳感器顯示壓力小于0.01MPa或不大于排空系統(tǒng)壓力，壓縮機氣缸內充有不低于1級排氣壓力的氮氣；注油過程中注油量為油箱有效容積高度的95%～100%；檢查管線、接頭有無漏油，檢查油泵及電動機聲音是否正常。控制系統(tǒng)調試應注意油泵不能長時間在手動方式下運行，一般不能超過20min，避免油溫上升。控制電源開關正常工作時處于“合”的位置，控制箱需要開蓋檢修或設備停用時，控制電源開關處于"分"的位置。按照既定的數(shù)據(jù)設置控制參數(shù)，不得隨意改動。

3 延遲焦化富氣壓縮機余隙調節(jié)改造實施

因考慮裝置實際運行情況，對一臺壓縮機實施改造。余隙無級調節(jié)系統(tǒng)主要由安裝在各個氣缸外側的執(zhí)行機構和電液控制柜兩部分組成，其技術參數(shù)見表1。

表1 余隙無級調節(jié)系統(tǒng)技術參數(shù)表

氣量調節(jié)系統(tǒng)及配件組成見表2。

表2 余隙調節(jié)系統(tǒng)配件組成

項目實施前，系統(tǒng)廠家技術人員與施工單位技術人員進行對接，制定詳細的施工計劃及施工進度網絡圖。企業(yè)裝置停工過程中，對項目實施改造，施工人員各司其職、分工明確，嚴格按照施工計劃進行施工，在確保質量的前提下，保質保量完成改造任務。

4 延遲焦化富氣壓縮機余隙調節(jié)改造成效

圖2 改造前圖片

圖3 改造后圖片

技術改造前后技術指標對比情況。在裝置運行加工量85t/h的工況下，壓縮機負荷為100%。未投用余隙調節(jié)系統(tǒng)時，壓縮機電流為96A、90A。投用余隙調節(jié)系統(tǒng)后，改造的富氣壓縮機電流降至84A，未改造壓縮機電流不變。可見余隙調節(jié)系統(tǒng)改造后，壓縮機電流降幅明顯。數(shù)據(jù)對比見圖4。

圖4 改造前后電流情況

圖5 改造前后用電量情況

經濟效益情況。未投用余隙調節(jié)系統(tǒng)時，每小時的用電量

為637.75千瓦時；投用余隙調節(jié)系統(tǒng)后，壓縮機用電量為558.03千瓦時，每小時節(jié)約用電量79.72千瓦時。按照該機年運行8000h計算，該機每年節(jié)電63.78萬度，電費折合人民幣45.3萬元(電價0.71元/度)。數(shù)據(jù)對比見圖5。

社會效益情況。通過電液控制機構智能調節(jié)，能根據(jù)給定的控制參數(shù)，自動控制流量在60%～100%的連續(xù)無級調節(jié)和各級間壓縮，避免20%氣量回流重復做功，從而達到節(jié)能的目的。而且還可以輕松實現(xiàn)壓縮機的平穩(wěn)啟動、切換和停機，短時間內在不需停壓縮機的情況下就可對控制系統(tǒng)進行檢修維護。

[1] 顧兆林，侯雄坡，王贊社，等.基于脈沖信號概念的往復壓縮機流量調節(jié)方法分析[J].科學通報，2011，56(15):1169-1176.

[2] 張湘亞,陳 弘.石油化工流體機械[M].東營：石油大學出版社,1996.

[3] 賴通榮,游碧龍.煉油裝置往復式壓縮機余隙容積自動無級調節(jié)及節(jié)能改造[J].石油化工設備技術,2010,31(6):41.

[4] 孫 策.余隙自動無級調節(jié)系統(tǒng)在重整往復壓縮機上的應用[OL].[2018-01-17].http://mp.weixin.qq.com/s?src=3×tamp=1516865773&ver=1&signature=4lzXyyAPNCVy2LLy5qBO6qLyWkoIUHA97Ivm58XHPJJ208 bt2tWQkqsV-hHEnWKt*A0F0xp2gljiXsjyTUMoblmNVrsTi6gjlfb-ui*AKk0RY4cQLO7Zv0k0sxNi-bsyLxqIIeeZ2UvqydJ32JoS1Q==.

[5] 李書璞， 顧興坤，等.往復式壓縮機余隙調節(jié)技術應用[J].石油化工設備 , 2016 , 45 (5) :61-65.