可調(diào)余隙容積技術(shù)在加氫往復(fù)式壓縮機(jī)上的應(yīng)用

丁大衛(wèi) 鄂強(qiáng) 盧彥（錦西石化分公司）

可調(diào)余隙容積技術(shù)在加氫往復(fù)式壓縮機(jī)上的應(yīng)用

丁大衛(wèi) 鄂強(qiáng) 盧彥（錦西石化分公司）

介紹了往復(fù)式壓縮機(jī)常用的氣量調(diào)節(jié)方法及調(diào)余隙容積調(diào)節(jié)的原理與結(jié)構(gòu)，并結(jié)合錦西石化100×104t/a柴油加氫改質(zhì)裝置往復(fù)式壓縮機(jī)可調(diào)余隙容積技術(shù)改造的實(shí)例，對(duì)其進(jìn)行簡易分析，降低了機(jī)組運(yùn)行能耗成本，為其它同類場(chǎng)合的技術(shù)改造提供參考。

往復(fù)式壓縮機(jī) 余隙容積 氣量調(diào)節(jié) 效益

錦西石化分公司100×104t/a柴油加氫改質(zhì)裝置往復(fù)式壓縮機(jī)組是該裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一，為裝置的正常生產(chǎn)提供高壓的反應(yīng)氫氣。裝置原始設(shè)計(jì)配備往復(fù)式壓縮機(jī)組3臺(tái)，2臺(tái)用于生產(chǎn)1臺(tái)做為備用，一級(jí)排氣抽出部分氣體供應(yīng)航煤系統(tǒng)作反應(yīng)用氫。因多種原因，裝置實(shí)際生產(chǎn)中航煤系統(tǒng)從未投運(yùn)，往復(fù)式壓縮機(jī)日常運(yùn)轉(zhuǎn)變成1臺(tái)生產(chǎn)、2臺(tái)備用，運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)組多余的一級(jí)氣體采取返回一級(jí)入口的控制方法，浪費(fèi)了大量的能量，且壓縮機(jī)一級(jí)缸做了大量無用功，影響機(jī)組的穩(wěn)定性和使用壽命。

1 壓縮機(jī)組參數(shù)簡介

4M 80-50/9.8-25-15/25-125BX為大型對(duì)稱平衡型往復(fù)壓縮機(jī)，同步電動(dòng)機(jī)直聯(lián)驅(qū)動(dòng)，H型對(duì)稱排列，外形尺寸為10980mm×9660mm×4930 mm。該壓縮機(jī)屬于三級(jí)壓縮，各級(jí)壓縮設(shè)有返回控制閥,可以控制各級(jí)壓縮出口壓力。一級(jí)缸設(shè)計(jì)吸排氣量為27500Nm3/h，在一級(jí)壓縮出口設(shè)計(jì)抽出7900Nm3/h的氫氣到航煤精制系統(tǒng)，其余19600Nm3/h的氫氣進(jìn)入二級(jí)壓縮缸進(jìn)行再壓縮。主要性能參數(shù)見表1。

表1 K 1102 A往復(fù)式壓縮機(jī)主要性能參數(shù)

2 往復(fù)式壓縮機(jī)常用氣量調(diào)節(jié)方法

2.1 旁路調(diào)節(jié)

旁路調(diào)節(jié)即為返回調(diào)節(jié)，排氣管路設(shè)計(jì)旁通管路與旁通閥門返回連接至進(jìn)氣管路。調(diào)節(jié)時(shí)只需開啟旁通閥，部分壓縮完氣體便返回至進(jìn)氣管路中。這種調(diào)節(jié)方法靈活簡單，但是浪費(fèi)了多余氣體的壓縮功，經(jīng)濟(jì)性差，一般作為微調(diào)手段。

2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)即通過改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)排氣量，一般適用在驅(qū)動(dòng)機(jī)為內(nèi)燃機(jī)或汽輪機(jī)的機(jī)組上。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一般采用變頻技術(shù)，大功率、高壓變頻器價(jià)格昂貴，目前很少采用。此外，變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)極易造成機(jī)組潤滑不充分、部件磨損加劇、振動(dòng)增加等不良影響。

2.3 可調(diào)頂開氣閥調(diào)節(jié)

可調(diào)頂開氣閥調(diào)節(jié)即在壓縮機(jī)做功過程中通過外設(shè)裝置精確計(jì)算強(qiáng)制頂開進(jìn)氣閥，使進(jìn)氣過程中吸入的氣體返回進(jìn)氣管路中。此調(diào)節(jié)手段可實(shí)現(xiàn)連續(xù)可變大范圍調(diào)節(jié)，另機(jī)組只需壓縮實(shí)際需要的氣體，節(jié)能效果顯著。目前常用的為賀爾碧格的H y d r o COM系統(tǒng)。

2.4 可調(diào)余隙容積調(diào)節(jié)

余隙容積調(diào)節(jié)即在往復(fù)式壓縮機(jī)組氣缸外另設(shè)一可調(diào)式空腔，調(diào)節(jié)連接氣缸的可調(diào)式空腔大小，即調(diào)整余隙容積大小，進(jìn)而達(dá)到調(diào)整排氣量的目的[1]。

3 余隙容積調(diào)節(jié)應(yīng)用

本裝置往復(fù)式壓縮機(jī)組技術(shù)改造選用的可調(diào)余隙自動(dòng)無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（簡稱A SSV1.0系統(tǒng)）見圖1、圖2，對(duì)雙作用壓縮機(jī)能實(shí)現(xiàn)氣量在60%~100%范圍調(diào)節(jié)，配合機(jī)組本身的全頂開氣閥加卸載荷調(diào)節(jié)（負(fù)荷三擋：零負(fù)荷、外側(cè)氣閥做功的50負(fù)荷、全做功的滿負(fù)荷），可實(shí)現(xiàn)氣量全范圍調(diào)節(jié)[2]。增大往復(fù)式壓縮機(jī)的余隙容積，壓縮機(jī)的排氣量減小，機(jī)組所需的功耗也減少。

3.1 結(jié)構(gòu)組成

可調(diào)余隙容積調(diào)節(jié)系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液壓油站、控制系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等部分組成。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)由新余隙缸、余隙活塞和液壓缸等組成，取代機(jī)組原氣缸端蓋。

液壓油站包括電動(dòng)機(jī)、油泵、蓄能器、油箱等，油泵工作采取間隙式工作設(shè)計(jì)，油泵根據(jù)設(shè)定的聯(lián)鎖啟停油壓大小自行運(yùn)轉(zhuǎn)。

控制系統(tǒng)根據(jù)主控變量或手動(dòng)給定參數(shù)，通過可編程控制器(PLC)、伺服閥、位移傳感器、伺服油缸組成的電液位置控制系統(tǒng)，通過輸入信號(hào)調(diào)節(jié)控制液壓油壓力，進(jìn)而調(diào)節(jié)余隙活塞位置，即調(diào)整余隙容積大小，最終實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)排氣量和級(jí)間壓縮比的調(diào)節(jié)控制。實(shí)際操作時(shí)可根據(jù)需要選擇D CS遠(yuǎn)程控制、現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制3種方式[3]。

輔助系統(tǒng)主要包括泄露氣體放空、泄壓報(bào)警等安全保護(hù)措施。

3.2 應(yīng)用效益分析

錦西石化100×104t/a柴油加氫改質(zhì)裝置往復(fù)式壓縮機(jī)組經(jīng)采用余隙容積調(diào)節(jié)技術(shù)改造后，經(jīng)過一段時(shí)間的平穩(wěn)運(yùn)行，現(xiàn)將機(jī)組在氫氣流量不變，各級(jí)壓力和系統(tǒng)壓力不變的前提下，測(cè)試的參數(shù)見表2。

表2 K 1102 A增設(shè)余隙調(diào)節(jié)主要測(cè)試參數(shù)

通過測(cè)試可知機(jī)組增設(shè)可調(diào)余隙調(diào)節(jié)后，降低機(jī)組的工作電流，達(dá)到省功節(jié)能的效果。在滿足生產(chǎn)需求的前提下，節(jié)約電流的多少，與機(jī)組的操作有關(guān)。機(jī)組的排氣溫度影響甚微，可以忽略不計(jì)。

此外，機(jī)組余隙增大會(huì)降低壓縮過程中活塞力的升高速率，膨脹過程中氣缸內(nèi)高壓氣體推動(dòng)活塞往內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)，可以減少曲軸連桿的受力。增設(shè)的可調(diào)余隙容積調(diào)節(jié)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在氣缸端蓋部位。

4 結(jié)論

1）該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便。

2）該系統(tǒng)操作簡單、方式靈活。

3）優(yōu)化了機(jī)組的操作工況，降低機(jī)組的運(yùn)行能耗成本。

4）能延長機(jī)組易損件的工作壽命，降低機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)成本。

[1]宋天民.煉油廠動(dòng)設(shè)備[M].北京:中國石化出版社,2006:88-92.

[2]姬忠禮.泵和壓縮機(jī)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2007:198-214.

[3]王福利.壓縮機(jī)組[M].北京:中國石化出版社,2001:20-81.

10.3969/j.i ssn.2095-1493.2012.011.019

丁大衛(wèi)，工程師，從事設(shè)備管理工作，E-mail：qinjanzhong@163.com，地址：遼寧省葫蘆島市錦西石化機(jī)械動(dòng)力處，125001。

2012-02-14）