往復(fù)式壓縮機(jī)無極調(diào)量系統(tǒng)的應(yīng)用

余 慧

（中石化安慶分公司，安徽 安慶246000）

0 前言

往復(fù)式壓縮機(jī)是容積式流體機(jī)械、煉油化工裝置加工工藝所需往復(fù)式壓縮機(jī)的氣量一般根據(jù)裝置最大所需氣量或近期裝置可能擴(kuò)容所需的流量來選擇壓縮機(jī)。由于裝置負(fù)荷變化、入口條件改變等因素，用氣量都常會(huì)發(fā)生變化，因此為了滿足煉油化工生產(chǎn)需要壓縮機(jī)排氣量就要在一定的范圍內(nèi)加以調(diào)節(jié)。

往復(fù)式壓縮機(jī)調(diào)節(jié)氣量的方式有：連續(xù)調(diào)節(jié)、分級(jí)調(diào)節(jié)（如分為100%、75%、50%、25%、0的檔次）以及間歇調(diào)節(jié)。

1 排氣量調(diào)節(jié)方法

1.1 旁路調(diào)節(jié)

旁路調(diào)節(jié)是將壓縮機(jī)的排氣管與進(jìn)氣管用一旁路管加以連接，使壓縮機(jī)排出的氣體經(jīng)旁通管全部或部分流回進(jìn)氣管，以達(dá)到調(diào)節(jié)排氣量的目的。此法裝置簡(jiǎn)單、操作方便，但節(jié)流損失較大，一般適用于短期的、不經(jīng)常調(diào)節(jié)或調(diào)節(jié)幅度不大的場(chǎng)合，常用在大型壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí)。

1.2 補(bǔ)充余隙腔調(diào)節(jié)

補(bǔ)充余隙腔調(diào)節(jié)的方法是人為的增加余隙容積來達(dá)到調(diào)節(jié)排氣量的方法。壓縮機(jī)氣缸除了缸內(nèi)固有的余隙容積外，在缸外另加以空腔，當(dāng)需要調(diào)節(jié)氣量時(shí)，使此空腔與氣缸端部即余隙部分接通。補(bǔ)充余隙容積分為固定容積式和可變?nèi)莘e式兩種?？勺?nèi)莘e式是在補(bǔ)充余隙腔內(nèi)加有活塞的圓筒，利用活塞的位移來調(diào)節(jié)空腔的容積。

1.3 頂開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)

此調(diào)節(jié)方法是通過增加氣缸的外漏量來調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的排氣量，強(qiáng)制頂開進(jìn)氣閥使氣體部分或全部被壓回進(jìn)氣管。這種方法有全頂開進(jìn)氣閥和部分行程頂開進(jìn)氣閥兩種調(diào)節(jié)。

1.3.1 全頂開進(jìn)氣閥

全頂開進(jìn)氣閥屬于間歇調(diào)節(jié)，只雙作用氣缸只頂開氣缸一側(cè)的進(jìn)氣閥時(shí)可使排氣量減少50%，如果兩側(cè)同時(shí)頂開，則排氣量為零。此法是目前最廣泛用在往復(fù)式壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)中。

1.3.2 部分行程頂開進(jìn)氣閥

此法利用電磁、液壓或氣動(dòng)控制裝置或彈簧的作用使進(jìn)氣閥在部分壓縮行程中處于頂開狀態(tài)，氣流被壓回進(jìn)氣管，在其余行程中氣閥被關(guān)閉，缸中氣體壓縮有氣量排出。通過對(duì)進(jìn)氣閥關(guān)閉時(shí)間的控制，達(dá)到連續(xù)控制的目的。賀爾碧格公司的HydroCOM系統(tǒng)專門為往復(fù)式壓縮機(jī)開發(fā)的液壓式氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它的主要工作原理是計(jì)算機(jī)即時(shí)處理壓縮機(jī)運(yùn)行過程中的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將信號(hào)反饋至執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)電子模塊，通過液壓執(zhí)行器來實(shí)時(shí)控制進(jìn)氣閥的開啟與關(guān)閉時(shí)間，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)排氣量0－100%全行程范圍無級(jí)調(diào)節(jié)。

2 HydroCOM系統(tǒng)介紹

2.1 工作原理

圖1

如圖1所示，隨著活塞在壓縮機(jī)氣缸中的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，每個(gè)氣缸側(cè)的一個(gè)正常工作循環(huán)包括：a)余隙容積中殘留高壓氣體的膨脹過程，如圖示A-B曲線，此時(shí)壓縮機(jī)的進(jìn)氣閥和排氣閥均處于正常的關(guān)閉狀態(tài)；b)進(jìn)氣過程，如B-C曲線，此時(shí)進(jìn)氣閥在氣缸內(nèi)外壓差的作用下開啟，進(jìn)氣管線中的氣體通過進(jìn)氣閥進(jìn)入氣缸，至C點(diǎn)完成相當(dāng)于氣缸100%容積流量的進(jìn)氣量，進(jìn)氣閥關(guān)閉；c)C-D為壓縮曲線，氣缸內(nèi)的氣體在活塞的作用下壓縮達(dá)到排氣壓力；d)D-A為排氣過程，排氣閥打開，被壓縮的氣體經(jīng)過排氣閥進(jìn)入下一級(jí)過程。如果在進(jìn)氣過程到達(dá)C后，進(jìn)氣閥在執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用下仍被強(qiáng)制地保持開啟狀態(tài)，那么壓縮過程并不能沿原壓縮曲線由位置C到位置D，而是先由位置C到達(dá)位置Cr，此時(shí)原吸入氣缸中的部分氣體通過被頂開的進(jìn)氣閥回流到進(jìn)氣管而不被壓縮；待活塞運(yùn)動(dòng)到特定的位置Cr（對(duì)應(yīng)所要求的氣量）時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)使頂開進(jìn)氣閥片的強(qiáng)制外力消失，進(jìn)氣閥片回落到閥座上而關(guān)閉，氣缸內(nèi)剩余的氣體開始被壓縮，壓縮過程開始沿著位置Cr到達(dá)位置Dr。氣體達(dá)到額定排氣壓力后從排氣閥排出，容積流量減少。這種調(diào)節(jié)方法的優(yōu)點(diǎn)是壓縮機(jī)的指示功消耗與實(shí)際容積流量成正比，是一種簡(jiǎn)單高效的壓縮機(jī)流量調(diào)節(jié)方式。

2.2 系統(tǒng)配置

HydroCOM系統(tǒng)高度集成，能夠完全嵌入到工廠用的DCS系統(tǒng)中。它包括以下幾個(gè)部分：

1）中央接口單元CIU：提供HydroCOM系統(tǒng)內(nèi)部和用戶DCS控制系統(tǒng)的信號(hào)交換處理功能，是連接HydroCOM和用戶DCS系統(tǒng)的橋梁。

2）液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)HA：是一組通過卸荷器對(duì)氣閥產(chǎn)生作用的部件總和，它由閥室、密封室和電氣室三部分組成.由液壓油站HU提供實(shí)現(xiàn)該動(dòng)作功能所需的液壓動(dòng)力，CIU進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，EPS提供48V直流電壓。壓縮機(jī)的每個(gè)進(jìn)氣閥均需安裝一個(gè)液壓執(zhí)行器。

3）液壓油站HU：提供高壓液壓油向執(zhí)行機(jī)構(gòu)HA提供機(jī)械動(dòng)力。

4）上死點(diǎn)傳感器TDC：傳遞活塞在氣缸中的即時(shí)位置。

5）DCS系統(tǒng)中組態(tài)的控制程序：PID調(diào)節(jié)器根據(jù)壓縮機(jī)的壓力信號(hào)計(jì)算輸出4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流控制信號(hào)，CIU接收此電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為執(zhí)行器的控制信號(hào)。

2.3 實(shí)際案例（某加氫裝置新氫壓縮機(jī)K101A）

增加HydroCOM系統(tǒng)后的控制方案如圖2所示：

圖2

配套HydroCOM系統(tǒng)后設(shè)定HydroCOM最低負(fù)荷為20%，負(fù)荷大于20%時(shí)，由HydroCOM控制負(fù)荷，負(fù)荷小于20%時(shí)，HydroCOM控制負(fù)荷在20%，同時(shí)打開旁通閥控制負(fù)荷，如圖3所示：

圖3

在DCS中增加一個(gè)計(jì)算塊，使得HydroCOM系統(tǒng)由手動(dòng)切到自動(dòng)時(shí)，分程點(diǎn)逐漸靠近80%，當(dāng)從自動(dòng)切到手動(dòng)時(shí)，分程點(diǎn)逐漸靠近0%。同時(shí)由分程點(diǎn)計(jì)算出HydroCOM的負(fù)荷輸出以及旁通閥的輸出信號(hào)。而負(fù)荷輸出經(jīng)線性化處理由DCS發(fā)出4～20mA控制信號(hào)給CIU轉(zhuǎn)換成電子指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

3 結(jié)束語(yǔ)

HydroCOM系統(tǒng)在往復(fù)機(jī)上的應(yīng)用，運(yùn)行穩(wěn)定，操作方便，且節(jié)能效果顯著。

［1］高慎琴.化工機(jī)器[M].化學(xué)工業(yè)出版社.

［2］吳榮仁,管宇輝.全量程可調(diào)氣閥的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和最優(yōu)調(diào)節(jié)力的分析[J].流體機(jī)械,2005(06).