一氧化碳壓縮機(jī)改造成氫氣壓縮機(jī)實(shí)例分析

馬天驕 張秋穎

摘 要：文章介紹了某公司一氧化碳壓縮機(jī)改造成氫氣壓縮機(jī)的方案，包括改氣缸直徑的方案和增設(shè)自動(dòng)無級余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案，對于此項(xiàng)目增設(shè)低排量自動(dòng)無級余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案投入更低、生產(chǎn)周期更短、運(yùn)行成本更低，為往復(fù)式壓縮機(jī)改造提供了一種新的選擇。

關(guān)鍵詞：壓縮機(jī)；改造；余隙調(diào)節(jié)

中圖分類號：TH45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）11-0082-02

由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)展現(xiàn)出社會(huì)化的特點(diǎn)，企業(yè)與企業(yè)之間在信息、資訊、技術(shù)上的差別越來越小，因此，企業(yè)生存就取決于發(fā)展方向以及發(fā)展速度。現(xiàn)在是高效率的時(shí)代，沒有高效率，企業(yè)就可能錯(cuò)過大好良機(jī)。某A公司工藝升級、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，需要新增活塞往復(fù)式氫氣壓縮機(jī)，需求氣量約為1400Nm3/h，未來需求氣量隨工藝特點(diǎn)可能在1000～1800Nm3/h之間變化，并且希望在4個(gè)月內(nèi)開工生產(chǎn)，氫氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

同時(shí)，A公司乙苯裝置一氧化碳壓縮機(jī)處于閑置狀態(tài)，如果利用一氧化碳壓縮機(jī)原有廠房，重新設(shè)計(jì)安裝新壓縮機(jī)，費(fèi)用很高，預(yù)計(jì)生產(chǎn)、安裝及調(diào)試周期需要8個(gè)月時(shí)間。如果能對一氧化碳壓縮機(jī)進(jìn)行簡單的改造，并且能夠完全適應(yīng)氫氣壓縮機(jī)工況，則可以為A公司節(jié)省大筆的設(shè)備費(fèi)用和大量的時(shí)間，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。一氧化碳壓縮機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

1 改造方案

根據(jù)表1和表2的數(shù)據(jù)計(jì)算分析，一氧化碳壓縮機(jī)是具備改造成氫氣壓縮機(jī)可能性的。其中可利舊使用的零部件為：基礎(chǔ)件，包括機(jī)身、曲軸、連桿、十字頭、飛輪部件等；稀油站；大部分電氣、儀表及自控系統(tǒng)，其中工藝氣就地壓力表需少量改造；油、水管線部分；主機(jī)基礎(chǔ)尺寸保持不變，局部位置少量調(diào)整。

關(guān)于改造部分，首先由于排氣壓力的不同，氫氣壓縮機(jī)僅需3級壓縮即可達(dá)到所需壓力，所以一氧化碳壓縮機(jī)需要拆除四、五級氣缸，同時(shí)更換新的配重用十字頭部件和中體部件，用于平衡曲軸受力；又由于壓縮機(jī)功率減小，需要更換適應(yīng)現(xiàn)有功率的電動(dòng)機(jī)，提高電機(jī)使用時(shí)的效率，降低運(yùn)行成本；還需要拆除四、五級緩沖器、分離器、冷卻器，將三級出口管線短接到總出口管線。

1.1 改氣缸直徑方案

由于排氣量的不同，所以一氧化碳壓縮機(jī)需要更換一、二、三級氣缸部件，縮小氣缸缸徑，以適應(yīng)變小的氣量；由于缸徑縮小，就需要更換活塞體部件、氣閥部件；由于氣缸對接口尺寸和位置的變化，需要同時(shí)更換進(jìn)氣緩沖器和排氣緩沖器。氣缸及緩沖器基礎(chǔ)尺寸需按原一氧化碳壓縮機(jī)組設(shè)計(jì)，氣缸支承、緩沖器支架和地腳按照原基礎(chǔ)尺寸設(shè)計(jì)。

1.2 增設(shè)自動(dòng)無級余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案

根據(jù)氫氣壓縮機(jī)工藝參數(shù)核算，該機(jī)組可以保證在基礎(chǔ)件及氣缸不變的情況下進(jìn)行增設(shè)自動(dòng)無級余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)（簡稱余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)）的改造。經(jīng)過計(jì)算，原機(jī)組滿負(fù)荷100%氣量時(shí)，可壓縮2400Nm3/h氫氣。在氣缸蓋側(cè)安裝普通余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)氣量調(diào)節(jié)范圍為60%～100%，即流量范圍為1440～2400Nm3/h，并不能完全滿足A公司流量范圍為1000～1800Nm3/h的要求。A公司要求的實(shí)際負(fù)荷范圍為41.6%～75%，利用專利《一種往復(fù)式壓縮機(jī)低排量余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)》（專利號：201821270586.3）技術(shù)可以滿足這一要求，即在壓縮機(jī)氣缸軸側(cè)增加固定余隙降低整機(jī)25%的負(fù)荷，配合普通余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)，最大可實(shí)現(xiàn)氣量調(diào)節(jié)范圍35%～75%，本機(jī)按照40%～75%設(shè)計(jì)。通過對機(jī)組空間結(jié)構(gòu)的分析，最終采用更換帶固定余隙的一、二、三級后半活塞的方案進(jìn)行改造。

采用增設(shè)余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案（見圖1和圖2），則本機(jī)氣缸體、緩沖器、氣閥及活塞等大部分零部件可以利舊使用，僅需更換氣缸缸蓋、后半活塞體部件和增設(shè)余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中每套余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括：3套執(zhí)行機(jī)構(gòu)、1套管線系統(tǒng)、1套電纜系統(tǒng)，由于A公司廠內(nèi)原有的液壓系統(tǒng)可以用來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，且具備DCS控制系統(tǒng)，所以余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)不需要額外配套電液控制系統(tǒng)，所以這個(gè)方案的設(shè)備改造費(fèi)用比“改氣缸直徑方案”還要更低。

（1）方案對比。由于活塞式壓縮機(jī)為定制的定量設(shè)備，主機(jī)本身不具備無級氣量調(diào)節(jié)功能，按改氣缸直徑方案改造后，氫氣壓縮機(jī)可通過打開三回一閥門的方式進(jìn)行無級氣量調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)氣量1000～1800Nm3/h之間調(diào)節(jié)。回路調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)是無法省功，回流量越大，電能浪費(fèi)越多。若氫氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)為額定負(fù)荷1800Nm3/h，但是長期在1400Nm3/h負(fù)荷運(yùn)行，如表3中方案一和方案二所示，按電價(jià)0.6元/度、年運(yùn)行時(shí)間8000小時(shí)計(jì)算和“年電費(fèi)=功率×電價(jià)×年運(yùn)行時(shí)間”計(jì)算，方案一比方案二多使用17.5萬元/年的電費(fèi)。方案二也存在當(dāng)流量較大時(shí)，需要同時(shí)開兩臺壓縮機(jī)才能滿足氣量需求的問題。

對比表3中的方案一和方案三，因?yàn)闅飧赘讖较嗖畈淮?，壓縮機(jī)軸功率幾乎相等，可以忽略不計(jì)，可以明顯看出方案三優(yōu)于方案一。

對比表3中的方案二和方案三，壓縮機(jī)軸功率差值為3.1kW，是因?yàn)闅飧赘讖较嗖钶^大，壓縮機(jī)活塞的摩擦功相差較多，所以如果氣量始終處于1400Nm3/h工況時(shí)，改造缸徑方案更節(jié)能，采用余隙調(diào)節(jié)方案耗能會(huì)增加2%，但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中，氣量恒定幾乎是不能的，所以采用方案三，對實(shí)際生產(chǎn)的意義更大，自動(dòng)無級氣量調(diào)節(jié)的功能可以最大限度的節(jié)約電能，更符合A公司的要求，所以方案三也優(yōu)于方案二。

（2）余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)其它特點(diǎn)。余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案，由于不需要更換氣缸部件和壓力容器，改造內(nèi)容較少，現(xiàn)場安裝施工費(fèi)用最低；生產(chǎn)周期也僅需3個(gè)月，考慮電機(jī)需要4個(gè)月的生產(chǎn)周期，總體可以控制在4-5個(gè)月完成全部安裝調(diào)試工作，基本滿足A公司要求；原有壓縮機(jī)備件、易損件可以利舊使用，不需要更換，這是它的優(yōu)點(diǎn)；對比改缸徑方案，缸徑減小后，易損件價(jià)格會(huì)比余隙調(diào)節(jié)方案降低一些，余隙調(diào)節(jié)的密封圈屬于新增的易損件，這是它的缺點(diǎn)。

余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于是低速運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，所以可以直接采用DCS作為主控系統(tǒng)進(jìn)行控制，會(huì)根據(jù)確認(rèn)的主控變量對壓縮機(jī)排量進(jìn)行自動(dòng)控制或通過PID調(diào)節(jié)回路手動(dòng)給定壓縮機(jī)排量，余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)可自動(dòng)跟蹤并穩(wěn)定此值并自動(dòng)調(diào)節(jié)級間壓力。

必要時(shí)可以對壓縮機(jī)及其管路系統(tǒng)進(jìn)行聲學(xué)脈動(dòng)振動(dòng)計(jì)算，應(yīng)嚴(yán)格按照API618中的第三種近似方法進(jìn)行，并符合API618附錄M中M2至M8的步驟，對各氣缸、各緩沖器、級間冷卻器、級間分離器、工藝氣管線和包括從壓縮機(jī)入口上游第一個(gè)大容器始至壓縮機(jī)出口下游第一個(gè)大容器止在內(nèi)的所有的主支管線和旁路管線。聲學(xué)脈動(dòng)計(jì)算應(yīng)包括滿負(fù)荷工況和各種部分負(fù)荷工況、各種氣體條件以及單機(jī)運(yùn)行、雙機(jī)并聯(lián)工況。

同時(shí)要注意對要利舊的零部件進(jìn)行檢查，并準(zhǔn)備一些常用易損備件，為順利開工保駕護(hù)航。

2 結(jié)語

壓縮機(jī)改造項(xiàng)目可以為企業(yè)節(jié)約大量的設(shè)備成本和時(shí)間成本，但是也由于改造項(xiàng)目存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，改造前應(yīng)進(jìn)行充分細(xì)致的技術(shù)交流和技術(shù)分析，選擇成熟方案，降低改造風(fēng)險(xiǎn)。自動(dòng)無級余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有改造容易、性價(jià)比高、安全可靠的特點(diǎn)，為往復(fù)式壓縮機(jī)改造提供了一種新的選擇。

參考文獻(xiàn)

[1] 郁永章，姜培正，孫嗣瑩主編.壓縮機(jī)工程手冊[M].中國石化出版社，2011.

[2] 賴通榮，游碧龍.煉油裝置往復(fù)式壓縮機(jī)余隙容積自動(dòng)無級調(diào)節(jié)及節(jié)能改造[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2010，31（06）：41-43+25.