余隙無級調節氣量節能技術在新氫壓縮機上的應用

溫紅林，趙贊立，夏存敬，顧興坤，劉德玲

(1.江蘇新海石化有限公司，江蘇 連云港 222113;2.山東易陽石化節能裝備有限公司，山東濟南 250101;3.東營科技職業學院，山東東營 257335)

在焦化汽柴油加氫裝置中，往復式壓縮機是不可或缺的重要設備，承擔著壓縮并輸送工藝介質的任務;其運行消耗的電量約占整個裝置耗電量的20% ～40%左右，屬于高耗能設備。隨著產品市場和工藝參數的變化，裝置的需氣量也要隨之變化，因此要求對壓縮機的容積流量(即排氣量，下同)能在較大范圍內進行調節。

當壓縮機容積流量大于耗氣量時，管網中氣體壓力就會升高;當容積流量小于耗氣量時，官網中的壓力又會降低。壓力過高時會導致破壞性事故。

對壓縮機容積流量的調節應盡量滿足以下要求［1］:

(1)盡可能實現容積流量的連續調節，使容積流量隨時和耗氣量相等;

(2)對微小型壓縮機，調節系統力求簡單、操作方便、工作可靠;

(3)對中大型壓縮機，調節工況的經濟性要盡可能高。

傳統常用的往復式壓縮機容積流量調節方式主要有:旁路調節和部分行程壓開進氣閥調節兩種方式。旁路調節是使壓縮機出口多余氣體經旁路返回壓縮機進氣總管，目前往復式壓縮機普遍采用此方法，該方法操作簡單，調節范圍適中，但壓縮機仍是滿負荷工作，它不但不節能而且還需要消耗大量的循環冷卻水。部分行程壓開進氣閥調節是利用機械裝置將多余氣體暫時儲存在閥室內，當壓縮機吸氣時，閥室內的氣體優先排出以阻止多余氣體的進入，實現“回流省功”的目的，從而實現容積流量的調節;該方式可以實現排氣量10%～100%范圍內的無級調節，但該系統仍有5%左右的氣體阻力損失，因此其節能效率在95%以下，且該系統復雜、控制精度高、操作繁瑣、氣閥維修更換頻繁、運行和維護費用高、性價比高、投資回收期長等［1－4］。

針對以上常用兩種調節方式存在的較多缺陷和不足，山東易陽石化節能裝備有限公司在粗放型固定余隙調節裝置的基礎上、利用獨立自主專利技術和軟件著作權等研發的余隙無級調節氣量節能技術彌補了前述兩種常用調節方式的缺陷和不足，得到了較好的推廣和應用［5－6］。

1 余隙無級調節氣量節能技術應用背景

新氫壓縮機K2101B(型號:DW－11.5/(19－95)－X)是無錫壓縮機股份有限公司生產的焦化汽柴油加氫裝置的關鍵設備，其作用是把生產裝置所需氫氣通過新氣壓縮機壓縮后輸送到氫氣管網中。該裝置的新氫壓縮機共兩臺，工藝位號分別是K2101A和K2101B，正常以開一備一的方式運行。由于建設初期新氫壓縮機選型較大，生產裝置需氣量小于其排氣量，雖在裝置建設時配置了旁路調節系統，以進行壓縮機出口流量的調節，但該旁路調節也僅僅是調節壓縮機出口的氣量，不但沒有使壓縮機節能而且還消耗大量的循環冷卻水、以降低壓縮機出口過來的高溫高壓氣體至壓縮機入口工藝要求的氣體溫度和壓力;在調節壓縮機出口氣量上，裝置需氣量與旁路調節氣量分配上，主要靠旁路調節閥來實現，需要反復操作多次，才能調節好裝置所需氣量，因此在反復調節過程中，經常會加大管網中氫氣壓力的控制難度，并引起機組振動和噪音的波動，系統安全生產受到很大影響;另外，采用旁路調節時，壓縮機仍是滿負荷運行、存在實際做功與后續工段所需氣量的不匹配，降低了壓縮機的實際效率，同時還增加了能耗和運行成本。

為保證裝置生產既安全平穩運行又可節能降耗，江蘇新海石化有限公司在焦化汽柴油加氫裝置新氫壓縮機K2101B上采用山東易陽石化節能裝備有限公司的余隙無級調節氣量節能技術，進行了節能改造，實現了壓縮機排氣量在60% ～100%負荷范圍內的無級連續調節。該技術安裝施工方便，負荷調節范圍適宜，操控簡單易行，系統運行穩定，安全可靠性高、節能效果顯著，運行和維護成本低，投資小，回收期僅四個月，達到了無級調節壓縮機容積流量和節能降耗改造的目的［7］。

2 余隙無級調節氣量節能系統組成

往復式壓縮機余隙無級調節氣量節能系統YY－EEAACCV2.2是將原始固定余隙改變成連續無級可調的可變余隙容積。該節能系統主要包括四個子系統:分別是執行系統、液控系統、電儀自控系統和泄漏監測系統(如圖1所示)［8－12］。

圖1 ACCV2.2余隙無級調節氣量節能系統組成示意圖

執行系統采用液壓驅動方式、由液控系統提供動力，它包括余隙容積腔、液壓驅動腔、泄漏監測腔和冷卻腔等。

液控系統主要由油箱、油泵、蓄能器、電磁閥組等組成［13］。

電儀自控系統由西門子S7－200可編程邏輯控制器、AD/DA模塊、控制程序等組成。

泄漏監測系統主要由泄漏監測腔、泄漏監測裝置和低壓瓦斯排放罐等組成。

3 新氫壓縮機余隙無級調節氣量節能技術應用內容

(1)新氫壓縮機K2101B余隙無級調節氣量節能改造的內容有，增上:

①兩臺余隙無級調節執行機構;

②一套四回路液控系統;

③一套電儀自控系統;

④一套泄漏監測系統;

⑤配套安裝材料一批;

⑥配套的動力電纜及信號電纜一批，等。

(2)新氫壓縮機K2101B余隙無級調節氣量節能改造的安裝施工內容有:

①拆除K2101B壓縮機氣缸蓋，將對應余隙無級調節執行機構安裝在原氣缸蓋處;

②安裝集成液控系統、電儀自控系統、泄漏監測系統于一體的控制柜;

③安裝控制柜至執行機構的四路控制油管線;

④安裝控制柜至執行機構的兩條泄漏監測管線;

⑤安裝配電室至控制柜間的動力電纜;

⑥安裝DCS控制室至控制柜間的信號電纜，等。

(3)新氫壓縮機K2101B節能改造前后的主要工藝參數，見表1。

表1 新氫壓縮機K2101B主要工藝參數

(4)新氫壓縮機K2101B節能改造后的現場照片，如圖2。

4）定期排出剩余污泥。系統內剩余污泥的累積，不但助長了放線菌的生長和積聚，產生較多泡沫和浮渣，還降低了好氧池內活性污泥的泥齡和濃度，使產水水質變差。每個季度需進行一次污泥排出作業，但不要全部排空，保留一部分泥種。通過控制系統內活性污泥的濃度，可減少產水底物、改善產水水質。

圖2 新氫壓縮機K2101B余隙無級調節系統改造后的現場照片

4 新氫壓縮機余隙無級調節氣量節能技術應用效果

對新氫壓縮機K2101B余隙無級調節氣量節能系統的節能效果，江蘇新海石化有限公司安排車間進行了標定。

2017年9月27日11時，新氫壓縮機K2101B開始投用余隙無級調節氣量節能系統，經過逐步的優化調整后，壓縮機負荷降至70.6%，并于09月28日投用成功。該機余隙無級調節氣量節能系統投用后，壓縮機運行平穩，對余隙無級調節氣量節能系統投用前后生產數據進行比較，發現余隙調節系統節能效果顯著，具體表現為:

4.1 節約電費

新氫壓縮機K2101B電機電流由原來的67A左右降到了57A左右，每小時可節約電流10A左右。新氫壓縮機驅動電機為10000V高壓電機，每天可節約電量約4834kWh，電價按0.64元/kWh計算，每天可節省約3093.76元，全年生產時間按8000h計算，每年可節約103.13萬元電費。

4.2 節約循環水費用

新氫壓縮機K2101B投用余隙調節系統后，通過合理調整氣缸余隙，就能平穩控制新氫壓縮機的負荷，使得原先調整新氫壓縮機的旁路調節二返一調節閥可以關閉，新氫壓縮機二返一冷卻器循環水可以不投，每小時可節約循環水70t，新海石化循環水價格是0.45元/t，全年生產時間按8000 h計算，每年可節約25.2萬元循環冷卻水運行費用。關閉的旁路調節系統見圖3。

圖3 新氫壓縮機K2101B進行節能改造后關閉的旁路調節系統

4.3 節能效果標定與比較

新氫壓縮機K2101B余隙無級調節氣量節能系統投用前后生產數據統計表，見表2和表3。

表2 新氫壓縮機K2101B節能改造前的標定數據

表3 新氫壓縮機K2101B投用余隙無級調節氣量節能系統后的標定數據

5 余隙無級調節氣量節能技術的特點

余隙無級調節氣量節能技術在焦化汽柴油加氫裝置新氫壓縮機K2101B上的應用實踐證明，該技術性能特點有:

(1)壓縮機容積流量調節范圍適宜，可在60% ～100%負荷范圍內實現無級調節;

(3)系統調節靈活可靠、壓縮機運行穩定，能降低壓縮機原有振動和噪音;

(4)系統自身能耗和年運行維護費用低，其自身能耗每天介于20～35kWh左右，材料維護費用每年不到一萬元、近于免維護，低于部分行程壓開進氣閥節能技術;

(5)壓縮機的啟停、加載、減載或切機均可無沖擊平穩操作;

(6)優化了壓縮機工作環境、減輕了往復件的磨損程度，延長了壓機和主電機的使用壽命、降低了維護費用;

(7)余隙無級調節系統參數設置靈活、操控簡單、操控模式多樣，實現了不停壓縮機維修余隙調節系統，好于部分行程壓開進氣閥調節能技術;

(8)該系統結構簡單、安裝施工簡便、安全可靠性高;

(9)該系統性價比高、投資回收期短，等。

6 結論

余隙無級調節氣量節能技術在焦化汽柴油加氫裝置新氫壓縮機K2101B的應用，實現了壓縮機容積流量在60% ～100%負荷范圍內無級連續調節，關閉了原來頻繁調整的旁路調節系統，節約了大量的循環冷卻水，改善了壓縮機運行環境，管網壓力和氣量易于調整和控制，壓縮機輸出氣量穩定，優化了壓縮機系統操作，降低了壓縮機原有振動和噪音，減輕了壓縮機往復件的摩擦，降低了壓縮機系統的運行和維護費用，提高了壓縮機系統的使用壽命，等。經實踐應用和標定，余隙無級調節氣量節能技術改造簡單、操控方便、自身能耗低、運行和維護費用少、近于免維護，節能效果顯著，每年可節約103.13萬元電費和25.2萬元循環冷卻水運行費用，投資少回報高、投資回收期約四個月。

新氫壓縮機K2101B余隙無級調節氣量節能技術的改造和應用，達到了技術協議要求和節能改造的目的。該技術具有較好的發展前景，應予積極推廣和應用。