關于無級余隙調節技術機械往復式天然氣壓縮機的應用

摘 要：母站（標準站）用機械往復式壓縮機進氣壓力往往位于城鎮燃氣管網的中壓-次高壓之間，采用多級（4-5）壓縮，其能耗較高，若進氣壓力變化或者級間壓縮比設計不合理，則易造成級間排溫過高。針對上述問題，本文采用理論分析和實際工程應用結合，分析無級余隙調節技術在改善壓縮機級間排溫，降低能耗方面的可行性，為母站（標準站）機械往復式壓縮機的工況改善、節能降耗提供新的途徑和方法。

關鍵詞：機械往復式壓縮機 余隙調節 工況改善 節能降耗 壓縮比

1、機械往復式壓縮機工況調節應用現狀

目前國內外常用的往復式壓縮機工況調節方式有：電機轉速調節、旁路回流調節、頂開進氣閥調節、連通補助余隙調節。其中可實現氣量全程無級調節的只有頂開氣閥氣量調節法和余隙調節法。由于頂開吸氣閥的時間有精確要求，執行機構是高速運動部件，所以對控制和執行機構要求高、投資很高。余隙調節方式中還有采取機械式調節余隙，但因其絲杠加工難度、余隙調節量為定值以及操作難以控制等因素無法實現隨工況無級調節，而采取液壓控制技術與余隙調節技術配合的新無級調節新技術，可不改變壓縮機原主體結構，僅改造壓縮機缸蓋，而不改變機組原控制系統，通過電液控制方式來控制可變余隙容積，從而達到調節壓縮機運行工況的目的。

2、無級余隙調節系統簡介

壓縮機余隙工況調節系統由余隙執行機構和液壓站組成，其結構示意圖、執行機構示意圖以及液壓站控制系統示意圖分別如下圖1所示。

可調余隙執行機構是由余隙缸、余隙活塞和液壓缸等組成，如圖2所示，其動力源和控制部分由一個小型液壓站提供。

3、無級余隙調節技術在天然氣母站（標準站）工程應用

（1）、增加無級余隙調節裝置對安全性影響

根據調研荊門石化、高橋石化等單位的余隙調節裝置，其大多應用在加氫壓縮機組中，氫氣的爆炸極限為4%-75%，而天然氣的爆炸極限為5%-15%，且氫氣、天然氣的密度均比空氣輕，在泄漏時往上擴散，由此可知氫氣的危險程度遠高于天然氣，而無級余隙調節裝置已經在荊門石化安全運行5年，尚未因其引起任何安全事故，因此可側面證明其安全性有保障。

（2）、余隙調節對軸功率影響

壓縮機余隙容積增大時，壓縮行程中（缸蓋端）活塞力升高速率降低，同時余隙內殘留的高壓氣體會在膨脹行程（缸蓋端）中推動活塞向下止點運動，這兩種結果都會減少曲軸連桿的受力，降低曲軸軸功率。

壓縮機的軸功率可按下式計算：

（3）、余隙調節對壓縮機排氣溫度的影響

壓縮機的排氣溫度與壓縮比的關系：

（4）、應用基礎條件

應用基礎條件為一臺美國Ariel制造的6缸4級壓縮機，其主要參數如下表1 ：其型號為JGA/6，進氣壓力設計值為0.8-1.2MPa，排氣壓力為20MPa，設計排量為3685Nm3/h，軸功率為450KW。實際情況下，進氣壓力為0.792，排量為2100Nm/h3，運行電流為610A。由于進氣壓力較低，一級壓縮比達到3.437，二排溫度達到162-173℃（高于壓縮機設計標準值150℃）。

（5）、應用效果

針對該壓縮機一級、二級壓縮比大，二級排溫超溫現象，通過給一級氣缸，二級氣缸卸下缸蓋，裝上余隙調節執行油缸，調節一級氣缸、二級氣缸的余隙容積，從而改變其壓縮比（1、2級氣缸壓縮比調整值為2.34）。另外，通過調壓撬調節，將壓縮機入口壓力提升至1.2Mpa。

按照上述方法進行安裝余隙調節系統后：二排溫度穩定在139℃左右，運行電流值由之前610A下降至520A，排量由之前2100 Nm3/h提高至2600 Nm3/h。

根據上述結果，二排溫度顯著降低，降低幅度約在31℃，電機瞬時電流平均降低90A，壓縮機排量從原來的2100Nm3/h提升到現在的2600Nm3/h

根據采集數據進行計算分析，改造后的2#壓縮機每小時較之改造之前節省功率為120KW（P=1.732UI，其中U取380V，電流為瞬時電流值），比之前節能25%以上，根據目前國內電價水平，每小時可節約80-110元。

4、結論

1、該無級余隙調節技術針對多級機械往復式壓縮機級間排溫改善明顯，節能降耗效果顯著。

2、該無級余隙調節技術雖增加余隙容積，降低壓縮機效率，但進氣壓力提高，單位時間內入口吸入的標方流量增加，因此，排量有所提升，降低單方氣的加工成本。

3、安裝調試簡單易行，投資成本低。不影響其它設備正常工作，保證加氣站邊改造邊運營。同時，由于整個機構沒有高速運動部件，且控制為獨立控制，因此故障率低，系統穩定可靠。

4、改善壓縮機級間排溫可減少因高溫引起易損件、備件頻繁更換問題，可節約部分維修保養成本。

作者簡介：

葉雙（1988-），男，籍貫：湖北武漢，當前職務：技術管理，當前職稱：助理工程師，學歷：本科。