余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)在干氣提濃半產(chǎn)品氣壓縮機(jī)上的應(yīng)用

饒建平

（中國(guó)石化武漢分公司，湖北武漢 430082）

1 半產(chǎn)品氣壓縮機(jī)概況

中國(guó)石化武漢分公司（武漢石化）聯(lián)合三車間2萬(wàn)m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，以下同）干氣提濃裝置有2臺(tái)半產(chǎn)品氣壓縮機(jī)，為四列三級(jí)對(duì)稱平衡式M型壓縮機(jī)。壓縮機(jī)主要性能參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 半產(chǎn)品氣壓縮機(jī)主要性能參數(shù)

半產(chǎn)品氣壓縮機(jī)是將100#單元PSA來(lái)的半產(chǎn)品氣壓縮后，一部分從二級(jí)出口抽出，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)閥287FIC82101返回PSA單元作為置換氣，另一部分氣體從三級(jí)出口抽出，去300#精制單元進(jìn)行脫硫、精制。壓縮機(jī)設(shè)置二返一調(diào)節(jié)閥287PIC82101、三返三調(diào)節(jié)閥287PIC82105A/B調(diào)節(jié)壓縮機(jī)運(yùn)行負(fù)荷，保證壓縮機(jī)一級(jí)、三級(jí)入口壓力，工藝流程見(jiàn)圖1。

2 半產(chǎn)品氣壓縮機(jī)運(yùn)行情況及存在的問(wèn)題

壓縮機(jī)組運(yùn)行時(shí)一開(kāi)一備。壓縮機(jī)將PSA單元來(lái)的富乙烯半產(chǎn)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(chǎn)品氣（壓力2.8 MPa）送往后續(xù)單元精制，除去雜質(zhì)。自裝置投產(chǎn)以來(lái)，因生產(chǎn)調(diào)配需要，壓縮機(jī)入口流量只有7 000 m3/h左右，而設(shè)計(jì)流量是15 279 m3/h，因此運(yùn)行時(shí)二返一調(diào)節(jié)閥開(kāi)度達(dá)到70%，且副線開(kāi)度50%，三返三調(diào)節(jié)閥開(kāi)度達(dá)到60%，方可滿足壓縮機(jī)運(yùn)行要求。壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)較大，其中二級(jí)振動(dòng)尤為突出。為減小機(jī)組振動(dòng)，進(jìn)行了一期改造：1）將二級(jí)進(jìn)氣管線及排氣管線進(jìn)行擴(kuò)徑；2）在二級(jí)進(jìn)氣緩沖罐入口、二級(jí)排氣緩沖罐入口以及二級(jí)排氣緩沖罐出口設(shè)置孔板；3）對(duì)機(jī)組附屬管線支撐進(jìn)行加固和改造，但由于壓縮機(jī)入口流量過(guò)小，二返一及三返三開(kāi)度過(guò)大，壓縮機(jī)的振動(dòng)仍然無(wú)法減弱，幅度一直在8～13 mm/s之間波動(dòng)，且噪音嚴(yán)重超標(biāo)。

圖1 半產(chǎn)品氣壓縮機(jī)工藝流程

同時(shí)壓縮機(jī)在運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)三級(jí)進(jìn)氣、排氣閥表面結(jié)垢嚴(yán)重，將進(jìn)氣閥解體，發(fā)現(xiàn)閥片與閥座密封面有大量催化劑結(jié)垢物，并且還附著黃白色的結(jié)晶物，閥片彈簧銹蝕卡澀，彈性失效，部分彈簧出現(xiàn)斷裂情況，見(jiàn)圖2。

圖2 三級(jí)進(jìn)氣閥彈簧斷裂

3 壓縮機(jī)改造方案及適用范圍

為減少電能消耗及解決機(jī)組運(yùn)行時(shí)振動(dòng)和噪音過(guò)高、機(jī)組三級(jí)嚴(yán)重結(jié)垢問(wèn)題，將其中一臺(tái)半產(chǎn)品氣壓縮機(jī)進(jìn)行余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造。可調(diào)余隙調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖3，余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)余隙容積的大小，達(dá)到調(diào)節(jié)氣量和減少功耗的目地。余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)氣量穩(wěn)定性好、參數(shù)設(shè)置靈活、投資及維護(hù)費(fèi)用低、節(jié)能效果好、系統(tǒng)可靠的特點(diǎn)，適合需要?dú)饬吭?0%～100%范圍變化的活塞式壓縮機(jī)。

圖3 可調(diào)余隙調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)示意

4 余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理

圖4為壓縮機(jī)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(shí)全排氣量的循環(huán)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(nèi)的氣體壓力大于進(jìn)氣管道的壓力而不能吸入氣體，直到活塞右行到位置4時(shí)，氣缸內(nèi)氣體體積由Vc膨脹到V4、壓力由P2下降到P1時(shí)才開(kāi)始進(jìn)氣。進(jìn)氣量相應(yīng)的線段長(zhǎng)度為4-1，壓縮過(guò)程為1-2，排氣過(guò)程為2-3，膨脹過(guò)程為3-4。1-2-3-4-1包圍的面積即為一個(gè)往復(fù)行程需要的功。

如果在余隙容積Vc基礎(chǔ)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(diào)節(jié)系統(tǒng)的使用效果

5.1 余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)的節(jié)能效果

半產(chǎn)品氣壓縮機(jī)滿負(fù)荷時(shí)吸入量為15 297 m3/h，正常運(yùn)行時(shí)為7 000 m3/h左右，壓縮機(jī)使用余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)，負(fù)荷在70%左右即可滿足生產(chǎn)需求，機(jī)組改造前后運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)圖5，壓縮機(jī)節(jié)能效果見(jiàn)表2。

圖5 機(jī)組改造前后運(yùn)行數(shù)據(jù)

表2 余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)的節(jié)能效果

半產(chǎn)品氣壓縮機(jī)在裝置現(xiàn)有負(fù)荷下，壓縮機(jī)按70%負(fù)荷運(yùn)行即可滿足生產(chǎn)需要，相比改造前100%負(fù)荷，預(yù)計(jì)節(jié)約電能648 kW·h/h，按工業(yè)用電0.692元/（kW·h）、年運(yùn)行8 400 h計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)376.67萬(wàn)元。

5.2 降低了壓縮機(jī)的振動(dòng)

半產(chǎn)品氣壓縮機(jī)使用余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，半產(chǎn)品氣壓縮機(jī)負(fù)荷可在60%～100%調(diào)節(jié)，壓縮機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷從100%降至70%，二返一開(kāi)度也從原來(lái)的70%降至40%左右，有效減小了機(jī)組負(fù)荷，降低了由于二返一返回流量過(guò)大引起的氣流脈動(dòng)造成的機(jī)組振動(dòng)，機(jī)組振幅由8 mm/s左右下降至3 mm/s左右。改造前后振動(dòng)值見(jiàn)表3。

表3 余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)使用前后壓縮機(jī)振動(dòng)情況

5.3 減少了壓縮機(jī)三級(jí)氣閥結(jié)垢現(xiàn)象

半產(chǎn)品氣壓縮機(jī)工作介質(zhì)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(jí)氣缸壓力較高，三返三開(kāi)度過(guò)大，大量氣體在三級(jí)氣缸反復(fù)壓縮，少量烴類物達(dá)到飽和變?yōu)橐簯B(tài)與催化劑粉塵結(jié)垢吸附于氣閥表面，導(dǎo)致氣閥密封不嚴(yán)，彈簧失效，氣閥內(nèi)漏；活塞環(huán)與活塞槽因結(jié)垢卡死，密封效果不好且加大磨損；填料因結(jié)垢與活塞桿磨損嚴(yán)重，漏氣量大。

使用余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，壓縮機(jī)三返三開(kāi)度由60%降至40%，減少了干氣在三級(jí)反復(fù)循環(huán)，避免了氣體飽和變?yōu)橐簯B(tài)后與催化劑粉塵結(jié)垢，吸附于氣閥表面，從而有效減少了三級(jí)進(jìn)氣、排氣閥結(jié)垢的發(fā)生，降低了壓縮機(jī)的運(yùn)行故障率，確保了半產(chǎn)品氣壓縮機(jī)長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行。

6 結(jié)論及建議

余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)余隙容積的大小，可以實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)負(fù)荷在60%～100%自動(dòng)調(diào)節(jié)，壓縮機(jī)降低了30%負(fù)荷，一年可節(jié)省電費(fèi)376.67萬(wàn)元，節(jié)能效果顯著。采用余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)后有效降低了壓縮機(jī)運(yùn)行振動(dòng)幅度、噪音，提高了機(jī)組的安全性能；減少了三級(jí)氣缸的結(jié)垢現(xiàn)象，延長(zhǎng)了壓縮機(jī)活塞環(huán)、支撐環(huán)及氣閥的使用壽命。