HydroCOM無級調量系統在加氫裂化裝置的應用

林靜芬 高峰

摘 要：氫氣作為加氫裂化裝置的主要原料，通過往復式壓縮機逐級壓縮至需要的壓力進入反應系統參與反應，往復式壓縮機的電耗在煉油能耗中占比較大，降低其電耗是降低煉油能耗的主要手段之一。HydroCOM系統可以實現往復式壓縮機負荷線性調節，避免裝置生產運行過程中氣體放空及過多回流做功，同時降低壓縮機運行電耗。本文將介紹HydroCOM系統的工作原理與某石化公司加氫裂化裝置在原有KR70-4型往復式壓縮機上新增HydroCOM系統的控制方法與節電效果。

關鍵詞：HydroCOM無級調速;往復式壓縮機;節能

加氫裂化是在催化劑存在的條件下通過加氫反應，能夠將原料中的硫、氧、氮等脫除，同時通過加氫反應還能使烯烴、芳烴飽和，大分子烴類斷鏈、異構化等，將原料轉換成重石腦油、輕石腦油、液化氣等產品的生產過程。某石化公司加氫裂化裝置屬于高壓加氫裂化，裝置設有A/B/C/S四臺往復式壓縮機，該機組設計把氫氣從1.65MPa壓縮至17.84MPa，目前運行方式為3開1備，其中A機已裝備無級調速系統，其他機組氣量調節通過旁路閥和全程壓開進氣閥的開/關方式來實現。為有效降低電量消耗，2020年對B機進行技術改造，嵌入HydroCOM無級調量系統，根據實際氫耗量實現精確調整壓縮機的負荷，節能效果顯著。

1 HydroCOM系統的工作原理

HydroCOM是賀爾碧格公司專為往復式壓縮機設計的氣量無級調節系統，能實現壓縮機氣量在0%～100%范圍內的無級調節，且為高度集成的電子控制系統，能夠完全嵌入到工廠現有的DCS系統中。電子液壓執行機構和進氣閥卸荷器根據4～20mA的控制信號延遲進氣閥關閉的時間來調節每個活塞行程所壓縮的氣量。DCS中的PI調節器根據實際負荷需求計算出4～20mA的控制信號，并把負荷控制信號送給CIU（中間接口單元），CIU把4～20mA的控制信號轉換成電子指令傳送給執行機構。在部分負荷時，壓縮行程開始階段，進氣閥在卸荷器的作用下保持全開狀態，通過進氣閥的延遲關閉，使多余氣體不被壓縮而重新返回進氣腔。當電子指令發出后，進氣閥關閉，氣缸里的氣體就會被壓縮，到達排氣壓力后，排出到排氣管線。裝備了HydroCOM系統后，壓縮機只對實際需要的氣量進行壓縮，從而達到“節流省功”的節能效果。

2 HydroCOM系統配置與控制方法

2.1 HydroCOM系統配置

整個控制系統包括：在DCS系統中的控制程序;HydroCOM CIU（中接口單元），作為DCS控制器與執行機構之間的接口，安裝在安全區的控制柜上;HydroCOM執行器安裝在進氣閥上，根據來自DCS信號控制進氣閥的關閉時間;液壓油站安裝在壓縮機附近，給執行機構提供油壓動力。

2.2 HydroCOM控制方法

壓縮機的基本控制回路包括控制器、分程模塊、信號線性化、HydroCOM CIU、HydroCOM執行機構、旁通閥。經技術改造后的壓縮機B機可實現20%至100%之間的無級調節，當負荷低于20%時，可通過原有常規旁通閥的方式來實現氣量調節。HydroCOM控制系統的控制回路都為閉環控制回路，實現氣量調節全自動化控制。利用分程控制概念，HydroCOM和旁通閥都由原來的控制器控制，壓縮機的實際有效控制范圍就可從0%到100%。原有控制方案與增加HydroCOM系統后的控制系統分別如圖1、2所示。

第一級、第二級、第三級、第四級現有的控制信號將用來控制HydroCOM和旁通閥。因此，低選器的輸出信號被分成兩段，一段給HydroCOM，另一段給旁通閥。

新氫壓縮機B機旁通閥已有控制器輸出信號的范圍從0%到100%（旁通閥按一臺壓縮機的滿負荷時的100%氣量來設計）。已有壓力低選器的輸出信號是壓縮機負荷取反（如果僅用于控制旁通閥，它指旁通閥的開度）。分程功能模塊根據圖3所示的關系將控制信號的低段（對應壓縮機高負荷）給HydroCOM系統，將控制信號的高段（對應壓縮機低負荷）給旁通閥。

正常工況的分程點必須設定在HydroCOM系統的最低負值（如果壓縮機長期運行在低負荷下，氣體在進氣和回流時產生的閥損將使進氣溫度升高。為了防止壓縮機密封元件過熱，必須對壓縮機最低負荷進行限制）。因為是反向動作的控制信號，分程點80%對應于壓縮機的最小負荷20%。

3 HydroCOM系統在加氫裂化裝置的應用及節能效果

對比B機壓縮同樣氫氣量的情況下（約45000Nm3/h），未安裝HydroCOM系統之前，壓縮機主電機的平均工作電流為285A，安裝HydroCOM系統后，在80%HydroCOM氣量無級調速控制信號下，壓縮機主電機的平均工作電流為230A左右。主電機的工作電壓為10000V，取功率因素cosφ為0.9。根據三相功率計算公式p=√3UIcosφ，安裝前電機功率為p=√3×10000×285×0.9≈4442.71kW，安裝后電機功率為p=√3×10000×230×0.9≈3585.34 kW，安裝后，新增液壓油系統電機功率為4.0 kW，可計算出安裝HydroCOM系統后，每年（按8400h計）節約用電Q=（4442.71-3585.34-4）×8400≈7168kW·h，若按電價0.52元/kW·h計算，一年可節約費用372.74萬元左右，節能效果顯著，經濟效益明顯。

4 結語

HydroCOM氣量無級調節系統可實現壓縮機流量0%～ 100%無級可調，其中0%～20%用于壓縮機的無沖擊開機、切機或停機，系統操作簡單，能夠在外來因素影響以及裝置本身負荷發生改變引起氫氣量變化時精確及時調整壓縮機的工藝參數，使各級氣缸做功合理，可以說，HydroCOM氣量無級調節系統在KR70-4型新氫壓縮機上的改造是成功的，在加氫裂化當前負荷下長周期運行將有效降低企業的生產能耗損失和生產成本，提高企業競爭力。

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作者簡介：

林靜芬（1992- ），女，漢族，浙江臺州人，本科，化學工程與工藝專業，助理工程師，研究方向：加氫改質裝置安全生產與優化調整。

高峰（1991- ），男，漢族，安徽六安人，大專，應用化工技術專業，助理工程師，研究方向：加氫裂化裝置安全生產與優化調整。