HydroCOM4.0氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在循環(huán)氫往復(fù)壓縮機(jī)上的應(yīng)用

李　強(qiáng)

(中海煉化惠州煉化公司，廣東　惠州　516086)

?

HydroCOM4.0氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在循環(huán)氫往復(fù)壓縮機(jī)上的應(yīng)用

李強(qiáng)

(中海煉化惠州煉化公司，廣東惠州516086)

介紹了HydroCOM4.0氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理、應(yīng)用方案及對(duì)催化汽油選擇性加氫脫硫裝置的影響。從使用結(jié)果表明：該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，節(jié)能效果明顯，增強(qiáng)了往復(fù)式壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力，提高了機(jī)械效率，大大節(jié)約了電耗。通過(guò)闡述系統(tǒng)組成、控制方案、實(shí)際應(yīng)用效果,證明這是一項(xiàng)在石油化工行業(yè)值得推廣的節(jié)能技術(shù)。

催化汽油選擇性加氫脫硫裝置；循環(huán)氫壓縮機(jī)；HydroCOM4.0；節(jié)能

壓縮機(jī)是加氫裝置的主要耗能設(shè)備之一，如何提高壓縮機(jī)的效率，降低能耗對(duì)整個(gè)裝置的節(jié)能降耗有著重要的意義?；葜轃捇呋瓦x擇性加氫脫硫裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)采用兩臺(tái)2D80-74/16-28型往復(fù)式壓縮機(jī)，單機(jī)設(shè)計(jì)氣量為66000 Nm3/h。由于操作條件較設(shè)計(jì)工況緩和，目前實(shí)際循環(huán)氫量?jī)H為單機(jī)設(shè)計(jì)氣量的70%～80%，約有16000～20000 Nm3/h的富余氫氣通過(guò)返回線返回至壓縮機(jī)入口。由于大量的增壓氫氣沒(méi)有進(jìn)入系統(tǒng)便返回了壓縮機(jī)入口，造成了能量的白白浪費(fèi),同時(shí)沖擊力作用造成管線出現(xiàn)較強(qiáng)振動(dòng)，帶動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)框架出現(xiàn)局部振動(dòng)，支撐在框架上的管線也出現(xiàn)了不同振幅的晃動(dòng)。鑒于上述情況，經(jīng)過(guò)討論決定在壓縮機(jī)上裝備HydroCOM氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。采用HydroCOM氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要原因如下：

(1)117單元往復(fù)式壓縮機(jī)內(nèi)介質(zhì)為氫氣，壓力2.4MPa，易燃易爆且壓力較高，而且往復(fù)壓縮機(jī)是117單元核心裝備，若有問(wèn)題停機(jī)必然造成裝置停工，所以必須選擇可靠的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。裝備賀爾碧格公司開發(fā)的HydroCOM氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，已經(jīng)在多個(gè)國(guó)家和地區(qū)有應(yīng)用先例，且國(guó)內(nèi)的已經(jīng)裝備180多套，在國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品市場(chǎng)占有率達(dá)90%左右。

(2)在惠州煉化分公司內(nèi)部已有應(yīng)用先例，106單元106-K-101A,107單元107-K101B也是裝備賀爾碧格公司開發(fā)的HydroCOM氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行，不僅安全可靠，而且節(jié)能效果明顯。

(3)往復(fù)式壓縮機(jī)裝備完氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，富余氫氣通過(guò)返回線將調(diào)節(jié)為0，理論上返回管線振動(dòng)將消除，且富于氫氣不返回，節(jié)約大量氫氣，壓縮機(jī)負(fù)荷大為降低，電流大幅度降低，節(jié)能效果將十分顯著。

1　系統(tǒng)原理及組成

1.1HydroCOM4.0系統(tǒng)工作原理

往復(fù)式壓縮機(jī)活塞在氣缸中的一個(gè)工作循環(huán)包括膨脹、進(jìn)氣、壓縮和排氣四個(gè)部分：

從A到B曲線：壓縮機(jī)中殘留高壓氣體的膨脹過(guò)程。從B到C曲線這個(gè)階段屬于進(jìn)氣過(guò)程從C到D曲線這個(gè)階段屬于壓縮過(guò)程，從D到A曲線：這個(gè)階段屬于排氣過(guò)程，排氣閥打開，被壓縮體經(jīng)過(guò)排氣閥進(jìn)入下一級(jí)過(guò)程。壓縮機(jī)一個(gè)工作循環(huán)所需為圖1中A-B-C-D所圍成的封閉曲線對(duì)應(yīng)的面積[1]。

HydroCOM4.0系統(tǒng)的節(jié)能原理：在壓縮機(jī)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，氣缸進(jìn)氣結(jié)束到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，HydroCOM4.0的卸荷器強(qiáng)制將壓縮機(jī)吸氣閥頂開，此時(shí)氣體從氣缸中經(jīng)被頂開的進(jìn)氣閥流回進(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)實(shí)際所需氣量)時(shí)，卸荷器釋放，頂開進(jìn)氣閥片的強(qiáng)制作用力消失，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(guò)程沿著位置(1r到達(dá)位置Dr。所以整個(gè)壓縮過(guò)程就由C到D改為C到Cr再到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。應(yīng)用HydroCOM4.0系統(tǒng)后，壓縮機(jī)一個(gè)工作循環(huán)所需能量為圖1中A-B-C-Cr-Dr所圍成的封閉曲線對(duì)應(yīng)的面積[2]。如圖1所示。

圖1　壓縮機(jī)示功圖及HydmCOM作用下的PV圖

安裝HydroCOM4.0的壓縮機(jī)部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，進(jìn)氣結(jié)束后不能立即進(jìn)入壓縮過(guò)程，因?yàn)檫M(jìn)氣閥在執(zhí)行機(jī)構(gòu)及卸荷器的作用下依然保持完全打開的狀態(tài)，氣缸里的氣體不被壓縮，就回流到進(jìn)氣腔。當(dāng)CIU傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的指令被執(zhí)行后，進(jìn)氣閥才關(guān)閉，保留在氣缸里的氣體才會(huì)被壓縮。該情況就是部分氣體被壓縮，電機(jī)的實(shí)際能耗相應(yīng)的降低，達(dá)到節(jié)能的目的[3]。如圖2所示。

圖2　HydroCOM4.0系統(tǒng)工作原理圖

1.2系統(tǒng)組成

如圖3所示：HydroCOM4.0系統(tǒng)主要由中間接口單元CIU、液壓油站HU、液壓執(zhí)行器HA、TDC傳感器及相關(guān)附件等組成。其中中間接口單元CIU是系統(tǒng)的重要組成部分，它起到了中間轉(zhuǎn)換接口的作用，使HydroCOM系統(tǒng)簡(jiǎn)化為一個(gè)可以接受4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)的調(diào)節(jié)閥，更容易與現(xiàn)有的DCS或者其它控制系統(tǒng)集成在一起[4]。

液壓油站HU提供機(jī)械動(dòng)力。通過(guò)內(nèi)置齒輪油泵的作用，把液壓油的壓力從常壓提升到7MPa。隔膜蓄能器安裝在液壓油供油及回流管路上來(lái)穩(wěn)定油壓。

上死點(diǎn)傳感器安裝在飛輪上，TDC傳感器傳遞活塞在氣缸上的即時(shí)位置，以保證氣閥被頂開之時(shí)是吸氣終了的壓縮階段。

EPS向執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供48 VDC外部電源。

圖3　HydroCOM4.0系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

2　控制方案設(shè)計(jì)

2.1未使用HydroCOM4.0前的控制方案

117-K-101A/B兩臺(tái)壓縮機(jī)，原來(lái)運(yùn)行方式為一開一備。裝備HydroCOM4.0前，氣量調(diào)節(jié)通過(guò)旁路閥和全程壓開進(jìn)氣閥的開/關(guān)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖4　工藝控制簡(jiǎn)圖

2.2HydroCOM4.0控制方案

117-K-101A/B兩臺(tái)壓縮機(jī)一開一備，壓縮機(jī)A機(jī)為備用機(jī)，配備了新系統(tǒng)B 機(jī)提供可變氣量，壓縮機(jī)的實(shí)際有效控制范圍就可從0%到100%。

FIC00704B為反作用，控制目的是讓FI00704B設(shè)定值為0，當(dāng)回流量增大，F(xiàn)IC00704B輸出值減小，HydroCOM4.0負(fù)荷減低，實(shí)現(xiàn)減少流量的目的。

實(shí)際輸出至CIU的信號(hào)需要進(jìn)行線性化，經(jīng)過(guò)上述線性化，F(xiàn)T-00704B的輸出為4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào),CIU控制柜接收DCS輸出經(jīng)過(guò)線性化后的0～100%信號(hào)后，轉(zhuǎn)換成液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作電壓信號(hào)0～48 V，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)負(fù)荷的控制功能。

2.3靈活的控制設(shè)計(jì)

安裝了新的氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，為保證生產(chǎn)裝置的正常運(yùn)行，原回流控制系統(tǒng)仍然需要保留，以作為新系統(tǒng)故障時(shí)的備用應(yīng)急流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

新的系統(tǒng)可與現(xiàn)有DCS系統(tǒng)配合使用，與DCS相關(guān)的工作須由各方配合完成。根據(jù)117-K-101A/B壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)DCS的基本要求如下：

DCS 到HydroCOM系統(tǒng)的4～20 mA模擬電流信號(hào)：2個(gè)(壓縮機(jī)各級(jí)負(fù)荷控制信號(hào))

DCS到HydroCOM系統(tǒng)的激活用開關(guān)點(diǎn)：1個(gè);

HydroCOM系統(tǒng)到DCS的報(bào)錯(cuò)、報(bào)警開關(guān)點(diǎn)：3個(gè);

HydroCOM系統(tǒng)到DCS的4～20 mA模擬電流信號(hào)：10個(gè)(閥室外蓋處溫度信號(hào)8個(gè)+液壓油站壓力、溫度信號(hào)2個(gè))。

117-K-101A/B機(jī)裝備新的HydroCOM系統(tǒng)后可以做到：

(1)新的系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)0% ～100%負(fù)荷范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)；

(2)新系統(tǒng)可以對(duì)壓縮機(jī)總出入口壓力進(jìn)行自動(dòng)控制，在系統(tǒng)中僅需輸入要求的壓力值，新的系統(tǒng)即可自動(dòng)跟蹤并且穩(wěn)定此壓力；

(3)新的系統(tǒng)經(jīng)控制邏輯設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作、自動(dòng)操作和系統(tǒng)切除的功能；能實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的平穩(wěn)啟動(dòng)、加載、切換和停機(jī)；

(4)HydroCOM系統(tǒng)故障時(shí)可自動(dòng)切除，使用原旁通調(diào)節(jié)方式接手氣量調(diào)節(jié)任務(wù)。

3　結(jié)　論

通過(guò)本文所闡述的控制方案的實(shí)施，HydroCOM4.0氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠非常好地滿足裝置的實(shí)際需要。按照裝置當(dāng)前的負(fù)荷，對(duì)HydroCOM4.0系統(tǒng)投用經(jīng)濟(jì)效益分析，壓縮機(jī)功率2500 kW，投用前電機(jī)電流130～140 A，投用后壓縮機(jī)負(fù)荷為原來(lái)的70%～80%，電機(jī)電流90～100 A，按照年平均運(yùn)行時(shí)問(wèn)8500 h，每年可節(jié)約電費(fèi)200萬(wàn)元左右，經(jīng)濟(jì)效益顯著。而且通過(guò)增上HydroCOM4.0氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，返回氫量大幅下降，沖擊力作用減少，管線的振動(dòng)大大降低。

[1]梁涌.往復(fù)壓縮機(jī)氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理及應(yīng)用[J].壓縮機(jī)技術(shù),2007,22(2):06-22.

[2]陳睿．氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理及應(yīng)用[J]．廣州化工，2012,7(2):7-23.

[3]莫少明,孟劍,王軍營(yíng).HydroCOM在煉油企業(yè)往復(fù)壓縮機(jī)上的應(yīng)用[J].壓縮機(jī)技術(shù),2010,21(2):20-22.

[4]安士萍.氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在新氫壓縮機(jī)上的應(yīng)用[J].安慶科技,2011,10(5):5-15.

HydroCOM4.0 Gas Stepless Adjustment System in the Recycle Hydrogen Reciprocating Compressor

LI Qiang

(CNOOC Huizhou Refining & Petrochemicals Company,Guangdong Huizhou 516086,China)

The application of HydroCOM4.0 infinitely variable control of hydrogen flowrate of recycle hydrogen compressor in FCC gasoline selective hydrodesulphurization unit was introduced．The operation results indicated that the system operation was easy and stable．The operating capacity of the reciprocating compressor was increased with higher mechanical efficiency and great energy saving．Via describing the system structure，the control specification，the results of practical application，it was proved to be a valuable energy saving technology to promote in petrochemical industry．

FCC gasoline; selective hydrodesulfurization; recycle hydrogen compressor; HydroCOM4.0; energy saving

李強(qiáng)(1980-)，男，2005年畢業(yè)于鄭州輕工業(yè)學(xué)院，學(xué)士，中海煉化惠州煉化分公司運(yùn)行一部工作，催化汽油選擇性加氫脫硫裝置設(shè)備工程師。

TH457

A

1001-9677(2016)011-0190-03