并聯(lián)壓縮機組節(jié)能改造技術(shù)及應(yīng)用

楊亞釗 李雪鋒 孫海哲*/西安陜鼓動力股份有限公司

于海宏/蘇州宏達(dá)制酶有限公司

并聯(lián)壓縮機組節(jié)能改造技術(shù)及應(yīng)用

楊亞釗 李雪鋒 孫海哲*/西安陜鼓動力股份有限公司

于海宏/蘇州宏達(dá)制酶有限公司

1 壓縮機改造技術(shù)概述

1.1 能耗現(xiàn)狀

隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，壓縮機在各行各業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，但同時由于工藝系統(tǒng)技改、生產(chǎn)規(guī)模改變及壓縮機初期選型等各種原因，使得目前在役的大部分壓縮機在運行過程中都存在不同程度的能耗現(xiàn)象，這不但浪費了能源，也對工藝系統(tǒng)的正常運行造成一定的影響。其主要表現(xiàn)見表1。

表1 幾種壓縮機能耗現(xiàn)象

1.2 應(yīng)對措施

針對以上現(xiàn)象，對壓縮機及工藝系統(tǒng)進(jìn)行改造分析，針對不同改造需求及現(xiàn)場情況提出相應(yīng)的改造方案，而不同改造方案所對應(yīng)的改造方法及改造效果也不盡相同[1-3]，見表2。

實際改造中，需要綜合考慮現(xiàn)場壓縮機運行情況及工藝系統(tǒng)需求，采用多項改造技術(shù)相結(jié)合的方法綜合進(jìn)行改造，以達(dá)到最佳的改造效果。當(dāng)然，改造中還需考慮一些制約因素，如工藝系統(tǒng)要求、用戶改造意向、資金、場地等，最終進(jìn)行綜合考慮，確保在現(xiàn)有條件下達(dá)到最佳的改造效果。

表2 幾種壓縮機改造方案和改造效果

2 壓縮機改造技術(shù)應(yīng)用

2.1 概述

某生物制藥公司現(xiàn)有離心壓縮機組6臺套，分別為A機組4臺套（同機型），B機組2臺套（同機型），6套機組并聯(lián)運行向工藝系統(tǒng)管網(wǎng)送風(fēng)，如圖1所示。改造前工藝管道所需風(fēng)量是在增減離心壓縮機組開啟數(shù)量的基礎(chǔ)上、依靠調(diào)節(jié)單個離心壓縮機組（目前調(diào)節(jié)的是B1離心壓縮機組）的防喘振閥開度進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，正常工藝需求時，B1機組的防喘振閥開度為23％，機組運行能耗偏高，有很大節(jié)能改造空間。

圖1 6套機組并聯(lián)運行向工藝系統(tǒng)管網(wǎng)送風(fēng)圖

2.2 能耗分析

2.2.1 節(jié)能原理

通過對現(xiàn)場壓縮機運行情況及工藝系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析后看出，壓縮機出現(xiàn)放風(fēng)運行的主要原因是由于工藝系統(tǒng)要求壓縮機在小流量區(qū)運行，但是壓力需求不變，這樣壓縮機在小流量、高壓力區(qū)運行時就容易碰觸到防喘振曲線而向大流量區(qū)偏移，從而導(dǎo)致進(jìn)入壓縮機的風(fēng)量大于工藝系統(tǒng)所需風(fēng)量，最終出現(xiàn)放風(fēng)閥浪費的現(xiàn)象。改造是在滿足工藝系統(tǒng)要求的前提下綜合考慮高爐鼓風(fēng)機特性曲線對應(yīng)變化和喘振線的安全要求，盡可能地減少壓縮機系統(tǒng)的放風(fēng)量、降低管道系統(tǒng)的外網(wǎng)阻力，從而提高鼓風(fēng)機單機運行的內(nèi)效率，達(dá)到節(jié)能目的。

2.2.2 改造分析

針對以上現(xiàn)象，對壓縮機進(jìn)行節(jié)能改造，改造的主要目標(biāo)是減小放風(fēng)閥開度（最大化的減少放空浪費的風(fēng)量）或者完全關(guān)閉放風(fēng)閥。為了避免改造對工藝系統(tǒng)造成較大的影響，對工藝系統(tǒng)進(jìn)行全面分析后，確定對機型較小的A1離心壓縮機組進(jìn)行節(jié)能改造，以改變整個機組的能耗現(xiàn)狀并完善和優(yōu)化工藝送風(fēng)系統(tǒng)，從而最大程度地減小放風(fēng)閥開度或者關(guān)閉放風(fēng)閥。

2.2.3 改造思路

參考壓縮機性能曲線并結(jié)合目前工藝系統(tǒng)需求，對壓縮機進(jìn)行節(jié)能分析計算?？傮w思路是通過改變壓縮機性能[4-5]，在保證工藝系統(tǒng)需求的前提下，通過改造使壓縮機性能曲線發(fā)生偏移，相當(dāng)于壓縮機的實際運行點（工藝需求點）發(fā)生相對偏移，使得壓縮機實際運行點在改造后壓縮機性能曲線的設(shè)計工況點（或設(shè)計工況點附近）運行。

2.3 A1機組現(xiàn)狀

2.3.1 布置圖

機組配置為：A1離心壓縮機+變速器+電動機，如圖2所示。

圖2 A1機組布置圖

2.3.2 改造前設(shè)計參數(shù)

表3 改造前機組設(shè)計參數(shù)表

2.3.3 改造前機組運行參數(shù)

表4 改造前機組運行參數(shù)表

2.4 改造方案

從現(xiàn)場提供數(shù)據(jù)看，改造前用戶通過6臺并聯(lián)運行壓縮機組中的B1離心壓縮機組的放風(fēng)來維持系統(tǒng)管網(wǎng)所需的壓力和流量，滿足工藝系統(tǒng)正常要求時，B1機組的放風(fēng)閥開度高達(dá)23％。

依據(jù)目前6臺離心壓縮機運行狀態(tài)及工藝系統(tǒng)的需求，并參考原A1離心壓縮機的理論性能曲線及實際性能曲線，對A1離心壓縮機的性能進(jìn)行分析計算，力求在滿足工藝系統(tǒng)需求的前提下，盡可能的減小整個供風(fēng)機組的放風(fēng)量，最大程度降低機組能耗。

2.4.1 主機系統(tǒng)

通過采集現(xiàn)場運行參數(shù)并詳細(xì)了解工藝系統(tǒng)的運行情況后，對壓縮機的節(jié)能情況進(jìn)行了詳細(xì)的分析計算，并提出改造方案如下：

①依據(jù)壓縮機性能分析計算結(jié)果，采用可靠、可行、有效的改造方法，在壓縮機性能（機械性能和熱力性能）允許范圍內(nèi)對其進(jìn)行變速節(jié)能改造；

②對改造后A1機組的喘振性能曲線重新進(jìn)行標(biāo)定；

③依據(jù)防喘振性能曲線標(biāo)定結(jié)果，重新設(shè)置控制系統(tǒng)的防喘振性能曲線，以確保機組運行的安全性與可靠性。

2.4.2 變速調(diào)節(jié)方案

目前常用的變速調(diào)節(jié)方案有改變變速箱速比或者采用變頻調(diào)節(jié)裝置[6-7]，依據(jù)現(xiàn)場情況及用戶改造要求，本改造方案采用變頻控制裝置實現(xiàn)壓縮機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，可方便改變壓縮機轉(zhuǎn)速，同時也有助于機組的啟動控制。

表5 改造后機組參數(shù)表

2.4.3 節(jié)能效果

節(jié)能改造后，在完全滿足工藝系統(tǒng)管網(wǎng)需求的前提下，電機功率明顯降低，節(jié)能率達(dá)到36％，每年為用戶節(jié)約電費340萬元左右。

①運行功率

改造前電機功率：P0=6.2×153×0.915× 1.732=1 503kW

改造后電機功率：P1=6.2×90×0.99×1.732= 957kW

②節(jié)能率：（P0-P1）/P0=（1 503-957）/1 503=36％

本次改造后，電機功率因數(shù)由0.915提升到0.99，減小了工藝系統(tǒng)電網(wǎng)的無功損失。

③節(jié)約電費：（1 503-957）×24×30×12× 0.72＝340萬元/年

2.5 二次改造

2.5.1 改造說明

第一次改造中，受A1離心壓縮機組自身性能（改造后須滿足工藝系統(tǒng)所需參數(shù)）限制，壓縮機轉(zhuǎn)速變化受限，改造未能完全關(guān)閉并聯(lián)壓縮機系統(tǒng)中B1機組的放風(fēng)閥。但通過節(jié)能改造后，B1機組的放風(fēng)閥開度減小到12％，放風(fēng)量減小，改造節(jié)能率達(dá)到36％。要實現(xiàn)改造節(jié)能的最大化，則還需要再對其中另外一套機組進(jìn)行改造[8-9]，使壓縮機組放風(fēng)閥完全關(guān)閉。

2.5.2 節(jié)能效果

對第一次的節(jié)能改造結(jié)果進(jìn)行分析，確定對B1機組進(jìn)行改造，以完全關(guān)閉放風(fēng)閥。

①運行功率

改造前電機功率：P0=6.2×305×0.919× 1.732=3 010kW

改造后電機功率：P1=6.2×215×0.99× 1.732=2 286kW②節(jié)能率：（P0-P1）/P0=（3 010-2 286）/3 010=24％③節(jié)約電費：（3 010-2 286）×24×30×12× 0.72＝450萬元/年

對B1機組進(jìn)行節(jié)能改造后，改造節(jié)能率達(dá)24％，改造后B1機組防喘振閥完全關(guān)閉，節(jié)能效果明顯。目前，2臺風(fēng)機均完成調(diào)速裝置節(jié)能改造，運行效果良好。具體改造過程、改造方法及節(jié)能計算方法與前文所述A1機組改造類同，這里不再贅述。

2.6 改造效果

2.6.1 節(jié)能情況

表6 節(jié)能情況表

2.6.2 機械性能

①改造后機組的振動值與軸瓦溫度均下降，機械性能提高，延長了機組的使用壽命。

②采用變頻調(diào)速裝置實現(xiàn)了離心壓縮機組的軟啟動，對風(fēng)機的機械沖擊大幅度減小。

③改造后壓縮機系統(tǒng)運行平穩(wěn)，未出現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象，電機繞組溫升在正常范圍內(nèi)，未對現(xiàn)場6kV高壓系統(tǒng)產(chǎn)生任何不良影響。

3 結(jié)論

以上并聯(lián)壓縮機組的變速節(jié)能改造僅為行業(yè)流程中一個典型壓縮機節(jié)能改造案例，從本次節(jié)能改造可以看出，通過對高能耗運行的并聯(lián)壓縮機組進(jìn)行節(jié)能改造后，有效降低了機組或工藝系統(tǒng)能耗，同時還提高了機組的性能及運行安全性，為工業(yè)企業(yè)動力系統(tǒng)的節(jié)能安全運行奠定了基礎(chǔ)。

工業(yè)企業(yè)的節(jié)能改造并非只考慮工藝系統(tǒng)各節(jié)點的單點節(jié)能，而是綜合考慮整個工藝系統(tǒng)的節(jié)能。利用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行節(jié)能減排，是節(jié)能行業(yè)今后的發(fā)展方向和目標(biāo)。

[1]徐忠.離心式壓縮機原理[M].北京:機械工業(yè)出版社,1990.

[2]里斯.離心壓縮機械[M].機械工業(yè)出版社,1986.

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[4]孫大偉.劉家鈺.劉明遠(yuǎn),等.600MW機組送風(fēng)機降速節(jié)能改造研究[J].風(fēng)機技術(shù),2013(4):61-64.

[5]劉士學(xué),方光清.透平壓縮機強度與振動[M].北京:機械工業(yè)出版社,1997.

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[7]朱之墀,黃東濤,邊曉東.離心風(fēng)機現(xiàn)代設(shè)計方法研究[J].中國機械工程,1999,9(8):54-56,91-92.

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[9]王銳.離心壓縮機固定元件內(nèi)部流動的研究及應(yīng)用[D].西安:西安交通大學(xué)，2010.

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本文主要對壓縮機尤其是并聯(lián)離心壓縮機組的節(jié)能改造技術(shù)進(jìn)行了介紹，結(jié)合改造實例，對并聯(lián)離心壓縮機組通過變速調(diào)節(jié)及調(diào)節(jié)壓縮機防喘振閥開度等方法實現(xiàn)節(jié)能改造進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

節(jié)能改造；壓縮機；并聯(lián)；工程應(yīng)用；防喘振；變頻調(diào)速

Energy Saving Transformation Techniques and Applications of Parallel Compressor Unit

Yang Yazhao,Li Xuefeng,Sun Haizhe,Jiang Guodong/Xi’an Shaangu Power Co.,Ltd.
Yu Haihong/Suzhou Hongda Enzymes Company

energy saving;compressor; parallel;engineering application；anti-surge;variable speed control

TH452；TK05

A

1006-8155（2015）01-0065-04

10.16492/j.fjjs.2015.01.138

*本文其他作者：姜國棟/西安陜鼓動力股份有限公司

2014-11-25陜西西安710611

Abstract：This paper mainly introduced the energy saving techniques for compressor and especially for parallel compressor unit. Combined with transformation case,this paper focused on the energy saving realized by variable speed control in the parallel centrifugal compressor unit and by adjusting anti-surge valve of compressor.