延遲焦化裝置壓縮機余隙調節應用實例

秦景民，王賢山

(正和集團股份有限公司，山東 廣饒 257300)

隨著經濟的迅速發展，我國能源消耗快速增長，石油對外依存度增大，節約能源問題突出。國家出臺《中華人民共和國節約能源法》，并制定“十二五”、“十三五”節能減排規劃，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，以使排氣量適應耗氣量要求，保持管網壓力穩定，達到節能降耗的效果[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，根據入出口壓力、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，約20%的氣量回流重復做功，形成一定的能源浪費。在節能降耗大背景下，需采用合理方式，實施壓縮機氣量調節，減少壓縮機運行能耗[4-5]。

1 壓縮機氣量調節方式

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

轉速調節即通過改變壓縮機的轉速來調節排氣量。調節優點是氣量連續，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。

壓開進氣閥調節根據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幅度較大，適用于粗調節。局部行程壓開進氣閥調節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。調節方法比較靈活，調節精度比較高，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。空氣壓縮機調節時接入氣缸工作腔，使余隙容積增大，容積系數減小，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，且響應速度慢，需與其它調節方式配合使用。

可調余隙調節是在固定余隙調節的基礎上，將固定余隙改變成余隙容積連續可調的調節方法，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，是目前壓縮機調節氣量最節能的方式(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改造方案

基于此，企業積極響應國家節能號召，對壓縮機實施余隙調節改造。

方案目的。通過電液控制機構智能調節，能根據給定的控制參數，自動控制流量在60%-100%的連續無級調節和各級間壓縮，避免20%氣量回流重復做功，從而達到節能的目的。而且還可以輕松實現壓縮機的平穩啟動、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，僅取消原固定余隙調節。可調余隙容積采用電液控制方式；使得排氣量在60%～100%內進行無級調節或按實際需要設計調節范圍。余隙系統組成：執行機構由余隙缸、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可以根據主控變量或通過手動給定參數，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，使余隙缸活塞按輸入信號作直線位移，從而實現各級余隙容積變化的伺服控制，最終實現壓縮機排氣量和級間壓縮比的控制。泄漏檢測系統通過限流孔板、壓力變送器、限壓排放單向閥組成泄漏檢測系統，在線檢測執行機構泄漏狀況，也可通過現場操作就地排放閥直觀檢測泄漏。

方案亮點。余隙調節系統是專為往復式壓縮機開發的數字式電液控制氣量無級余隙調節控制系統，適合氣閥徑向布置的壓縮機。控制系統可以根據主控變量或通過手動給定參數，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，使余隙活塞按輸入信號作直線位移，從而實現各氣缸余隙容積變化的伺服控制，最終實現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及執行機構調試和控制系統調試兩個部分。液壓系統及執行機構調試過程中，主要關注內容為：確認執行機構安裝完好，管線、傳感器電纜聯接好；所有手動閥門處于全開狀態或全關狀態；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。按照既定的數據設置控制參數，不得隨意改動。

3 延遲焦化富氣壓縮機余隙調節改造實施

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

表1 余隙無級調節系統技術參數表

氣量調節系統及配件組成見表2。

表2 余隙調節系統配件組成

項目實施前，系統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%。未投用余隙調節系統時，壓縮機電流為96A、90A。投用余隙調節系統后，改造的富氣壓縮機電流降至84A，未改造壓縮機電流不變。可見余隙調節系統改造后，壓縮機電流降幅明顯。數據對比見圖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。未投用余隙調節系統時，每小時的用電量

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

社會效益情況。通過電液控制機構智能調節，能根據給定的控制參數，自動控制流量在60%～100%的連續無級調節和各級間壓縮，避免20%氣量回流重復做功，從而達到節能的目的。而且還可以輕松實現壓縮機的平穩啟動、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及節能改造[J].石油化工設備技術,2010,31(6):41.

[4] 孫 策.余隙自動無級調節系統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技術應用[J].石油化工設備 , 2016 , 45 (5) :61-65.