往復(fù)式壓縮機(jī)頂開吸氣閥調(diào)節(jié)的改造

魏強(qiáng)虎，張高峰

（萬華化學(xué)（寧波）氯堿有限公司，浙江寧波315812）

1 概述

萬華化學(xué)（寧波）氯堿有限公司目前氫壓機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行仍無法處理現(xiàn)有氫氣產(chǎn)量，部分氫氣需要放空；而且削峰填谷項(xiàng)目實(shí)施后，氫氣產(chǎn)量增加，更不能處理所有氫氣。因此通過此次改造，不僅擴(kuò)大氣缸后提升壓縮氫氣的能力，同時(shí)增加頂開吸氣閥無極調(diào)節(jié)，可以配合削峰填谷，調(diào)節(jié)氣缸容量達(dá)到降低電耗從而節(jié)省成本的目的。

2 常用往復(fù)式壓縮機(jī)節(jié)能調(diào)節(jié)的優(yōu)缺點(diǎn)

目前往復(fù)式壓縮機(jī)常用的氣量調(diào)節(jié)方式有旁通調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、可變余隙調(diào)節(jié)及頂開吸氣閥調(diào)節(jié)等4種方式。

旁通調(diào)節(jié)將多余氣體的全部壓縮功都損耗掉，而且回流的氣體是被壓縮后的高溫氣體，還要用冷卻水冷卻，這種調(diào)節(jié)方式既耗能也增加機(jī)組的負(fù)荷，加快備件的使用壽命。

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，相比較對(duì)機(jī)組沒有多大的改動(dòng)，但功率超過200 kW后成本非常高，從電子自身設(shè)計(jì)、電機(jī)軸的強(qiáng)度、曲軸強(qiáng)度都需進(jìn)一步加強(qiáng)；同時(shí)管路容易振動(dòng)，會(huì)造成相應(yīng)的故障和泄漏點(diǎn)增多。

可變余隙調(diào)節(jié)：a.采用電液控制使余隙缸活塞按輸入信號(hào)做直線位移，從而實(shí)現(xiàn)各級(jí)余隙容積的變化；b.無高速運(yùn)動(dòng)部件、維修率低，但維修難度大；c.只能調(diào)節(jié)蓋側(cè)70%～100%；d.運(yùn)行中調(diào)節(jié)裝置發(fā)生故障必須立即停車、檢修；e.部分設(shè)計(jì)不嚴(yán)格的的余隙調(diào)節(jié)可能存在頂鋼風(fēng)險(xiǎn)。

頂開吸氣閥無極調(diào)節(jié)：a.需采用電液控制方式，通過控制壓縮過程中吸氣閥的關(guān)閉時(shí)刻，控制返回進(jìn)氣管道氣量的多少，故需增加吸氣閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)和液壓控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)氣量無極調(diào)節(jié)；b.氣閥更換方便、維修難度低、檢修效率高；c.軸側(cè)和蓋側(cè)同時(shí)調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)范圍廣；運(yùn)行中一旦發(fā)生調(diào)節(jié)裝置故障可及時(shí)退出控制，仍通過回流保持機(jī)組運(yùn)行。d.單純的從無極調(diào)節(jié)方面考慮，改造簡(jiǎn)單，對(duì)機(jī)組沒有較大的改動(dòng)。

3 氫壓機(jī)改造前存在的主要問題

改造前氫壓機(jī)采用旁路調(diào)節(jié)，在用氫工段需要量少時(shí)，大部分氫氣需要旁路進(jìn)行調(diào)節(jié)。旁路調(diào)節(jié)使多余的氫氣進(jìn)一步壓縮，造成功率的浪費(fèi)；氫壓機(jī)電機(jī)功率為1 400 kW，實(shí)際需要1 100 kW，造成多余功率的浪費(fèi)；由于壓縮量小，大量氫氣需要放空，造成氫氣的大量浪費(fèi)；削峰填谷項(xiàng)目實(shí)施后，氫氣產(chǎn)量增加，更不能處理所有氫氣，過大氫氣壓縮量迫在眉睫。

4 頂開吸氣閥無極調(diào)節(jié)改造

4.1 氣閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)調(diào)整—無極調(diào)節(jié)

HRCS氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱HRCS系統(tǒng)）是一個(gè)獨(dú)立的調(diào)節(jié)壓縮機(jī)排氣量的系統(tǒng)，它具有人機(jī)界面友好，操作簡(jiǎn)單、控制穩(wěn)定、準(zhǔn)確快速、節(jié)能顯著等特點(diǎn)，與壓縮機(jī)原有的DCS通過接口可以相互通訊，具有良好的兼容性。因此，它既能獨(dú)立于壓縮機(jī)原有的DCS單獨(dú)運(yùn)行，也可以與原DCS兼容并行，使壓縮機(jī)安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行。HRCS系統(tǒng)是基于部分行程頂開進(jìn)氣閥原理的無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)排氣量0～100%范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)節(jié)。根據(jù)壓縮機(jī)運(yùn)行工況，可只在蓋側(cè)安裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)50%～100%范圍內(nèi)的無級(jí)調(diào)節(jié)。電-液伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)控制模塊輸出的信號(hào)控制進(jìn)氣閥的開和關(guān)。通過控制進(jìn)氣閥的關(guān)閉時(shí)刻可以調(diào)節(jié)每個(gè)壓縮行程實(shí)際壓縮的氣量，達(dá)到調(diào)節(jié)排氣量的目的。

頂開氣閥的無級(jí)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)高速電磁閥控制著液壓缸的液壓通路，當(dāng)電磁閥帶電時(shí)，閥芯動(dòng)作使液壓缸與液壓站的高壓油路連通，液壓力推動(dòng)液壓活塞，執(zhí)行機(jī)構(gòu)在液壓活塞的作用下被壓下，強(qiáng)制打開進(jìn)氣閥；當(dāng)電磁閥斷電時(shí)，閥芯復(fù)位使液壓缸與液壓站的低壓回油路連通，壓叉在復(fù)位彈簧作用下復(fù)位，氣閥在氣體力與閥片彈簧作用下關(guān)閉，氣缸內(nèi)剩余的氣體開始被壓縮。壓縮機(jī)達(dá)到所需氣量的關(guān)鍵，是確定進(jìn)氣閥的延遲關(guān)閉時(shí)間，進(jìn)氣閥延遲關(guān)閉時(shí)間又是由電磁閥的帶電時(shí)間長(zhǎng)短決定的。

當(dāng)壓縮機(jī)處于膨脹過程AB時(shí)，電磁閥未接通；進(jìn)入吸氣階段BC，進(jìn)氣閥在氣體力的作用下開始打開時(shí)，電磁閥接通，柱塞在高壓油作用下推動(dòng)壓叉使進(jìn)氣閥片貼合在限制器表面；壓縮機(jī)進(jìn)入壓縮階段時(shí)，電磁閥仍然處于通電狀態(tài)，閥片仍然被壓叉固定在限制器上，此階段CCr即為回流階段，它將多余的氣量不經(jīng)過壓縮自動(dòng)排進(jìn)進(jìn)氣管路中；在CrDr階段，電磁閥斷電，閥片在氣體力作用下自動(dòng)關(guān)閉，壓縮機(jī)進(jìn)入壓縮階段；DrA即為壓縮機(jī)的排氣階段。這一過程中，氣缸內(nèi)氣體通過進(jìn)氣閥回流到進(jìn)氣腔或者進(jìn)氣管路中，達(dá)到減小排氣量的目的，從P-V圖上也可以發(fā)現(xiàn)后者節(jié)省了循環(huán)指示功，相比于現(xiàn)有的旁通管路氣量調(diào)節(jié)方式，實(shí)現(xiàn)了壓縮機(jī)的節(jié)能，見圖1。

圖1 0氣量調(diào)節(jié)時(shí)的P-V圖

4.2 節(jié)能效果

HRCS系統(tǒng)（無極調(diào)節(jié)系統(tǒng)）投入運(yùn)行后，能夠根據(jù)工藝流程氣量的變化，實(shí)現(xiàn)排氣量的自動(dòng)調(diào)節(jié)（50%～100%），負(fù)荷越低，節(jié)能效果越好。按平均負(fù)載80%計(jì)算（即相當(dāng)于20%打回流），則電流從92 A降低到 80 A，則每年節(jié)約成本=1.732×12×0.9×24×0.6×365=98（萬元）。

5 改造效果

改造后，氣閥采用頂開吸氣閥無極調(diào)節(jié)，通過液壓站控制高速電磁閥進(jìn)行，運(yùn)行中液壓站壓力達(dá)到10 MPa。液壓站主要組成有電動(dòng)機(jī)、齒輪泵、油箱、蓄能器、高速電磁閥、溢流閥、壓力表等；潤(rùn)滑油采用長(zhǎng)城L-HM46抗磨液壓油。

優(yōu)點(diǎn)：操作方便，隨時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的切換，無需壓縮機(jī)停機(jī)，節(jié)能效果顯著。

不足之處：（1）氣閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)處隨著時(shí)間的推移存在漏油現(xiàn)象，同時(shí)需定期對(duì)氣閥排油口排油；（2）液壓站通過金屬油管將抗磨液壓油輸送到氣閥執(zhí)行器處，金屬油管通過螺母連接，容易造成漏點(diǎn)的增多。

6 運(yùn)行調(diào)試總結(jié)

問題1（第1次試車）：氮?dú)庠囓嚂r(shí)二級(jí)緩沖器排氣溫度高，電流上升。原因分析及解決措施：新氣閥不適合用氮?dú)忾L(zhǎng)期運(yùn)行，用氫氣置換后溫度及電流下降。

問題2（第1次試車）：A機(jī)出口流量計(jì)前后壓差大。原因分析及解決措施：與回流管和放空管調(diào)節(jié)有關(guān)。

問題3（第2次試車）：氫壓機(jī)氫氣出口流量出現(xiàn)不足，后續(xù)幾天又緩慢上升。原因分析及解決措施：四級(jí)吸氣閥有滲漏，因閥片在運(yùn)行中會(huì)有自動(dòng)密封的性質(zhì)，從而后續(xù)無滲漏，流量恢復(fù)正常。

問題4（第3次試車）：一級(jí)出口緩沖器壓力迅速上升至0.4MPa。原因分析和解決措施：二級(jí)3號(hào)吸氣閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)電線松動(dòng)，吸氣閥一直處于頂開狀態(tài)，氣體進(jìn)入二級(jí)氣缸后又重新回到一級(jí)緩沖器。目前已對(duì)電線緊固，并檢查緊固其他氣閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)電線。

7 結(jié)語

從往復(fù)式壓縮機(jī)無極調(diào)節(jié)改造完成后一切正常。該系統(tǒng)的簡(jiǎn)便操作性和易維護(hù)性也在偶爾出現(xiàn)的一些小故障中表現(xiàn)的較為明顯。通過隨時(shí)切出系統(tǒng)進(jìn)行處理，絲毫不影響機(jī)組運(yùn)行，真正做到維護(hù)成本低、節(jié)能效果好，易操作和維護(hù)達(dá)到該公司節(jié)能降耗的目的。