往復式壓縮機頂開吸氣閥調節(jié)的改造

魏強虎，張高峰

（萬華化學（寧波）氯堿有限公司，浙江寧波315812）

1 概述

萬華化學（寧波）氯堿有限公司目前氫壓機滿負荷運行仍無法處理現有氫氣產量，部分氫氣需要放空；而且削峰填谷項目實施后，氫氣產量增加，更不能處理所有氫氣。因此通過此次改造，不僅擴大氣缸后提升壓縮氫氣的能力，同時增加頂開吸氣閥無極調節(jié)，可以配合削峰填谷，調節(jié)氣缸容量達到降低電耗從而節(jié)省成本的目的。

2 常用往復式壓縮機節(jié)能調節(jié)的優(yōu)缺點

目前往復式壓縮機常用的氣量調節(jié)方式有旁通調節(jié)、轉速調節(jié)、可變余隙調節(jié)及頂開吸氣閥調節(jié)等4種方式。

旁通調節(jié)將多余氣體的全部壓縮功都損耗掉，而且回流的氣體是被壓縮后的高溫氣體，還要用冷卻水冷卻，這種調節(jié)方式既耗能也增加機組的負荷，加快備件的使用壽命。

轉速調節(jié)是通過控制電機轉速進行調節(jié)，相比較對機組沒有多大的改動，但功率超過200 kW后成本非常高，從電子自身設計、電機軸的強度、曲軸強度都需進一步加強；同時管路容易振動，會造成相應的故障和泄漏點增多。

可變余隙調節(jié)：a.采用電液控制使余隙缸活塞按輸入信號做直線位移，從而實現各級余隙容積的變化；b.無高速運動部件、維修率低，但維修難度大；c.只能調節(jié)蓋側70%～100%；d.運行中調節(jié)裝置發(fā)生故障必須立即停車、檢修；e.部分設計不嚴格的的余隙調節(jié)可能存在頂鋼風險。

頂開吸氣閥無極調節(jié)：a.需采用電液控制方式，通過控制壓縮過程中吸氣閥的關閉時刻，控制返回進氣管道氣量的多少，故需增加吸氣閥執(zhí)行機構和液壓控制系統(tǒng)，以實現氣量無極調節(jié)；b.氣閥更換方便、維修難度低、檢修效率高；c.軸側和蓋側同時調節(jié)、調節(jié)范圍廣；運行中一旦發(fā)生調節(jié)裝置故障可及時退出控制，仍通過回流保持機組運行。d.單純的從無極調節(jié)方面考慮，改造簡單，對機組沒有較大的改動。

3 氫壓機改造前存在的主要問題

改造前氫壓機采用旁路調節(jié)，在用氫工段需要量少時，大部分氫氣需要旁路進行調節(jié)。旁路調節(jié)使多余的氫氣進一步壓縮，造成功率的浪費；氫壓機電機功率為1 400 kW，實際需要1 100 kW，造成多余功率的浪費；由于壓縮量小，大量氫氣需要放空，造成氫氣的大量浪費；削峰填谷項目實施后，氫氣產量增加，更不能處理所有氫氣，過大氫氣壓縮量迫在眉睫。

4 頂開吸氣閥無極調節(jié)改造

4.1 氣閥結構設計調整—無極調節(jié)

HRCS氣量無級調節(jié)系統(tǒng)（以下簡稱HRCS系統(tǒng)）是一個獨立的調節(jié)壓縮機排氣量的系統(tǒng)，它具有人機界面友好，操作簡單、控制穩(wěn)定、準確快速、節(jié)能顯著等特點，與壓縮機原有的DCS通過接口可以相互通訊，具有良好的兼容性。因此，它既能獨立于壓縮機原有的DCS單獨運行，也可以與原DCS兼容并行，使壓縮機安全、穩(wěn)定和高效運行。HRCS系統(tǒng)是基于部分行程頂開進氣閥原理的無級調節(jié)系統(tǒng)，可以實現排氣量0～100%范圍內無級調節(jié)。根據壓縮機運行工況，可只在蓋側安裝執(zhí)行機構實現50%～100%范圍內的無級調節(jié)。電-液伺服執(zhí)行機構根據控制模塊輸出的信號控制進氣閥的開和關。通過控制進氣閥的關閉時刻可以調節(jié)每個壓縮行程實際壓縮的氣量，達到調節(jié)排氣量的目的。

頂開氣閥的無級氣量調節(jié)系統(tǒng)高速電磁閥控制著液壓缸的液壓通路，當電磁閥帶電時，閥芯動作使液壓缸與液壓站的高壓油路連通，液壓力推動液壓活塞，執(zhí)行機構在液壓活塞的作用下被壓下，強制打開進氣閥；當電磁閥斷電時，閥芯復位使液壓缸與液壓站的低壓回油路連通，壓叉在復位彈簧作用下復位，氣閥在氣體力與閥片彈簧作用下關閉，氣缸內剩余的氣體開始被壓縮。壓縮機達到所需氣量的關鍵，是確定進氣閥的延遲關閉時間，進氣閥延遲關閉時間又是由電磁閥的帶電時間長短決定的。

當壓縮機處于膨脹過程AB時，電磁閥未接通；進入吸氣階段BC，進氣閥在氣體力的作用下開始打開時，電磁閥接通，柱塞在高壓油作用下推動壓叉使進氣閥片貼合在限制器表面；壓縮機進入壓縮階段時，電磁閥仍然處于通電狀態(tài)，閥片仍然被壓叉固定在限制器上，此階段CCr即為回流階段，它將多余的氣量不經過壓縮自動排進進氣管路中；在CrDr階段，電磁閥斷電，閥片在氣體力作用下自動關閉，壓縮機進入壓縮階段；DrA即為壓縮機的排氣階段。這一過程中，氣缸內氣體通過進氣閥回流到進氣腔或者進氣管路中，達到減小排氣量的目的，從P-V圖上也可以發(fā)現后者節(jié)省了循環(huán)指示功，相比于現有的旁通管路氣量調節(jié)方式，實現了壓縮機的節(jié)能，見圖1。

圖1 0氣量調節(jié)時的P-V圖

4.2 節(jié)能效果

HRCS系統(tǒng)（無極調節(jié)系統(tǒng)）投入運行后，能夠根據工藝流程氣量的變化，實現排氣量的自動調節(jié)（50%～100%），負荷越低，節(jié)能效果越好。按平均負載80%計算（即相當于20%打回流），則電流從92 A降低到 80 A，則每年節(jié)約成本=1.732×12×0.9×24×0.6×365=98（萬元）。

5 改造效果

改造后，氣閥采用頂開吸氣閥無極調節(jié)，通過液壓站控制高速電磁閥進行，運行中液壓站壓力達到10 MPa。液壓站主要組成有電動機、齒輪泵、油箱、蓄能器、高速電磁閥、溢流閥、壓力表等；潤滑油采用長城L-HM46抗磨液壓油。

優(yōu)點：操作方便，隨時進行系統(tǒng)的切換，無需壓縮機停機，節(jié)能效果顯著。

不足之處：（1）氣閥執(zhí)行機構處隨著時間的推移存在漏油現象，同時需定期對氣閥排油口排油；（2）液壓站通過金屬油管將抗磨液壓油輸送到氣閥執(zhí)行器處，金屬油管通過螺母連接，容易造成漏點的增多。

6 運行調試總結

問題1（第1次試車）：氮氣試車時二級緩沖器排氣溫度高，電流上升。原因分析及解決措施：新氣閥不適合用氮氣長期運行，用氫氣置換后溫度及電流下降。

問題2（第1次試車）：A機出口流量計前后壓差大。原因分析及解決措施：與回流管和放空管調節(jié)有關。

問題3（第2次試車）：氫壓機氫氣出口流量出現不足，后續(xù)幾天又緩慢上升。原因分析及解決措施：四級吸氣閥有滲漏，因閥片在運行中會有自動密封的性質，從而后續(xù)無滲漏，流量恢復正常。

問題4（第3次試車）：一級出口緩沖器壓力迅速上升至0.4MPa。原因分析和解決措施：二級3號吸氣閥執(zhí)行機構電線松動，吸氣閥一直處于頂開狀態(tài)，氣體進入二級氣缸后又重新回到一級緩沖器。目前已對電線緊固，并檢查緊固其他氣閥執(zhí)行機構電線。

7 結語

從往復式壓縮機無極調節(jié)改造完成后一切正常。該系統(tǒng)的簡便操作性和易維護性也在偶爾出現的一些小故障中表現的較為明顯。通過隨時切出系統(tǒng)進行處理，絲毫不影響機組運行，真正做到維護成本低、節(jié)能效果好，易操作和維護達到該公司節(jié)能降耗的目的。