余隙調節系統在干氣提濃半產品氣壓縮機上的應用

饒建平

（中國石化武漢分公司，湖北武漢 430082）

1 半產品氣壓縮機概況

中國石化武漢分公司（武漢石化）聯合三車間2萬m3/h（標準狀態，以下同）干氣提濃裝置有2臺半產品氣壓縮機，為四列三級對稱平衡式M型壓縮機。壓縮機主要性能參數見表1。

表1 半產品氣壓縮機主要性能參數

半產品氣壓縮機是將100#單元PSA來的半產品氣壓縮后，一部分從二級出口抽出，經過調節閥287FIC82101返回PSA單元作為置換氣，另一部分氣體從三級出口抽出，去300#精制單元進行脫硫、精制。壓縮機設置二返一調節閥287PIC82101、三返三調節閥287PIC82105A/B調節壓縮機運行負荷，保證壓縮機一級、三級入口壓力，工藝流程見圖1。

2 半產品氣壓縮機運行情況及存在的問題

壓縮機組運行時一開一備。壓縮機將PSA單元來的富乙烯半產品氣壓縮升壓后，一部分返回PSA單元作新鮮置換氣（壓力0.7 MPa），另一部分半產品氣（壓力2.8 MPa）送往后續單元精制，除去雜質。自裝置投產以來，因生產調配需要，壓縮機入口流量只有7 000 m3/h左右，而設計流量是15 279 m3/h，因此運行時二返一調節閥開度達到70%，且副線開度50%，三返三調節閥開度達到60%，方可滿足壓縮機運行要求。壓縮機運行過程中振動較大，其中二級振動尤為突出。為減小機組振動，進行了一期改造：1）將二級進氣管線及排氣管線進行擴徑；2）在二級進氣緩沖罐入口、二級排氣緩沖罐入口以及二級排氣緩沖罐出口設置孔板；3）對機組附屬管線支撐進行加固和改造，但由于壓縮機入口流量過小，二返一及三返三開度過大，壓縮機的振動仍然無法減弱，幅度一直在8～13 mm/s之間波動，且噪音嚴重超標。

圖1 半產品氣壓縮機工藝流程

同時壓縮機在運行時發現三級進氣、排氣閥表面結垢嚴重，將進氣閥解體，發現閥片與閥座密封面有大量催化劑結垢物，并且還附著黃白色的結晶物，閥片彈簧銹蝕卡澀，彈性失效，部分彈簧出現斷裂情況，見圖2。

圖2 三級進氣閥彈簧斷裂

3 壓縮機改造方案及適用范圍

為減少電能消耗及解決機組運行時振動和噪音過高、機組三級嚴重結垢問題，將其中一臺半產品氣壓縮機進行余隙調節系統改造。可調余隙調節執行機構見圖3，余隙調節系統通過調節余隙容積的大小，達到調節氣量和減少功耗的目地。余隙調節系統具有調節氣量穩定性好、參數設置靈活、投資及維護費用低、節能效果好、系統可靠的特點，適合需要氣量在60%～100%范圍變化的活塞式壓縮機。

圖3 可調余隙調節執行機構示意

4 余隙調節系統工作原理

圖4為壓縮機存在余隙容積Vc、Vc’的示意圖和理想氣體示功圖。

圖4 存在余隙Vc、Vc’的示意圖和示功圖

在圖4中，1-2-3-4表示存在余隙容積Vc時全排氣量的循環圖。由于有余隙容積Vc的存在，使工作活塞在右行之初，因留存在余隙容積Vc內的氣體壓力大于進氣管道的壓力而不能吸入氣體，直到活塞右行到位置4時，氣缸內氣體體積由Vc膨脹到V4、壓力由P2下降到P1時才開始進氣。進氣量相應的線段長度為4-1，壓縮過程為1-2，排氣過程為2-3，膨脹過程為3-4。1-2-3-4-1包圍的面積即為一個往復行程需要的功。

如果在余隙容積Vc基礎上再增加余隙容積到Vc’，排氣量和所需要的能耗均減小。

5 余隙調節系統的使用效果

5.1 余隙調節系統的節能效果

半產品氣壓縮機滿負荷時吸入量為15 297 m3/h，正常運行時為7 000 m3/h左右，壓縮機使用余隙調節系統，負荷在70%左右即可滿足生產需求，機組改造前后運行數據見圖5，壓縮機節能效果見表2。

圖5 機組改造前后運行數據

表2 余隙調節系統的節能效果

半產品氣壓縮機在裝置現有負荷下，壓縮機按70%負荷運行即可滿足生產需要，相比改造前100%負荷，預計節約電能648 kW·h/h，按工業用電0.692元/（kW·h）、年運行8 400 h計算，年節約電費376.67萬元。

5.2 降低了壓縮機的振動

半產品氣壓縮機使用余隙調節系統后，半產品氣壓縮機負荷可在60%～100%調節，壓縮機的運行負荷從100%降至70%，二返一開度也從原來的70%降至40%左右，有效減小了機組負荷，降低了由于二返一返回流量過大引起的氣流脈動造成的機組振動，機組振幅由8 mm/s左右下降至3 mm/s左右。改造前后振動值見表3。

表3 余隙調節系統使用前后壓縮機振動情況

5.3 減少了壓縮機三級氣閥結垢現象

半產品氣壓縮機工作介質為干氣，主要組分是C1～C5烴類物、少量含硫化合物及催化劑粉末，由于三級氣缸壓力較高，三返三開度過大，大量氣體在三級氣缸反復壓縮，少量烴類物達到飽和變為液態與催化劑粉塵結垢吸附于氣閥表面，導致氣閥密封不嚴，彈簧失效，氣閥內漏；活塞環與活塞槽因結垢卡死，密封效果不好且加大磨損；填料因結垢與活塞桿磨損嚴重，漏氣量大。

使用余隙調節系統后，壓縮機三返三開度由60%降至40%，減少了干氣在三級反復循環，避免了氣體飽和變為液態后與催化劑粉塵結垢，吸附于氣閥表面，從而有效減少了三級進氣、排氣閥結垢的發生，降低了壓縮機的運行故障率，確保了半產品氣壓縮機長周期平穩運行。

6 結論及建議

余隙調節系統通過調節余隙容積的大小，可以實現壓縮機負荷在60%～100%自動調節，壓縮機降低了30%負荷，一年可節省電費376.67萬元，節能效果顯著。采用余隙調節系統后有效降低了壓縮機運行振動幅度、噪音，提高了機組的安全性能；減少了三級氣缸的結垢現象，延長了壓縮機活塞環、支撐環及氣閥的使用壽命。