HydroCOM無級調(diào)量系統(tǒng)在加氫裂化裝置的應(yīng)用

林靜芬 高峰

摘 要：氫氣作為加氫裂化裝置的主要原料，通過往復(fù)式壓縮機(jī)逐級壓縮至需要的壓力進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)參與反應(yīng)，往復(fù)式壓縮機(jī)的電耗在煉油能耗中占比較大，降低其電耗是降低煉油能耗的主要手段之一。HydroCOM系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)往復(fù)式壓縮機(jī)負(fù)荷線性調(diào)節(jié)，避免裝置生產(chǎn)運(yùn)行過程中氣體放空及過多回流做功，同時降低壓縮機(jī)運(yùn)行電耗。本文將介紹HydroCOM系統(tǒng)的工作原理與某石化公司加氫裂化裝置在原有KR70-4型往復(fù)式壓縮機(jī)上新增HydroCOM系統(tǒng)的控制方法與節(jié)電效果。

關(guān)鍵詞：HydroCOM無級調(diào)速;往復(fù)式壓縮機(jī);節(jié)能

加氫裂化是在催化劑存在的條件下通過加氫反應(yīng)，能夠?qū)⒃现械牧颉⒀?、氮等脫除，同時通過加氫反應(yīng)還能使烯烴、芳烴飽和，大分子烴類斷鏈、異構(gòu)化等，將原料轉(zhuǎn)換成重石腦油、輕石腦油、液化氣等產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。某石化公司加氫裂化裝置屬于高壓加氫裂化，裝置設(shè)有A/B/C/S四臺往復(fù)式壓縮機(jī)，該機(jī)組設(shè)計把氫氣從1.65MPa壓縮至17.84MPa，目前運(yùn)行方式為3開1備，其中A機(jī)已裝備無級調(diào)速系統(tǒng)，其他機(jī)組氣量調(diào)節(jié)通過旁路閥和全程壓開進(jìn)氣閥的開/關(guān)方式來實(shí)現(xiàn)。為有效降低電量消耗，2020年對B機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，嵌入HydroCOM無級調(diào)量系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際氫耗量實(shí)現(xiàn)精確調(diào)整壓縮機(jī)的負(fù)荷，節(jié)能效果顯著。

1 HydroCOM系統(tǒng)的工作原理

HydroCOM是賀爾碧格公司專為往復(fù)式壓縮機(jī)設(shè)計的氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)氣量在0%～100%范圍內(nèi)的無級調(diào)節(jié)，且為高度集成的電子控制系統(tǒng)，能夠完全嵌入到工廠現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)中。電子液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)和進(jìn)氣閥卸荷器根據(jù)4～20mA的控制信號延遲進(jìn)氣閥關(guān)閉的時間來調(diào)節(jié)每個活塞行程所壓縮的氣量。DCS中的PI調(diào)節(jié)器根據(jù)實(shí)際負(fù)荷需求計算出4～20mA的控制信號，并把負(fù)荷控制信號送給CIU（中間接口單元），CIU把4～20mA的控制信號轉(zhuǎn)換成電子指令傳送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在部分負(fù)荷時，壓縮行程開始階段，進(jìn)氣閥在卸荷器的作用下保持全開狀態(tài)，通過進(jìn)氣閥的延遲關(guān)閉，使多余氣體不被壓縮而重新返回進(jìn)氣腔。當(dāng)電子指令發(fā)出后，進(jìn)氣閥關(guān)閉，氣缸里的氣體就會被壓縮，到達(dá)排氣壓力后，排出到排氣管線。裝備了HydroCOM系統(tǒng)后，壓縮機(jī)只對實(shí)際需要的氣量進(jìn)行壓縮，從而達(dá)到“節(jié)流省功”的節(jié)能效果。

2 HydroCOM系統(tǒng)配置與控制方法

2.1 HydroCOM系統(tǒng)配置

整個控制系統(tǒng)包括：在DCS系統(tǒng)中的控制程序;HydroCOM CIU（中接口單元），作為DCS控制器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的接口，安裝在安全區(qū)的控制柜上;HydroCOM執(zhí)行器安裝在進(jìn)氣閥上，根據(jù)來自DCS信號控制進(jìn)氣閥的關(guān)閉時間;液壓油站安裝在壓縮機(jī)附近，給執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供油壓動力。

2.2 HydroCOM控制方法

壓縮機(jī)的基本控制回路包括控制器、分程模塊、信號線性化、HydroCOM CIU、HydroCOM執(zhí)行機(jī)構(gòu)、旁通閥。經(jīng)技術(shù)改造后的壓縮機(jī)B機(jī)可實(shí)現(xiàn)20%至100%之間的無級調(diào)節(jié)，當(dāng)負(fù)荷低于20%時，可通過原有常規(guī)旁通閥的方式來實(shí)現(xiàn)氣量調(diào)節(jié)。HydroCOM控制系統(tǒng)的控制回路都為閉環(huán)控制回路，實(shí)現(xiàn)氣量調(diào)節(jié)全自動化控制。利用分程控制概念，HydroCOM和旁通閥都由原來的控制器控制，壓縮機(jī)的實(shí)際有效控制范圍就可從0%到100%。原有控制方案與增加HydroCOM系統(tǒng)后的控制系統(tǒng)分別如圖1、2所示。

第一級、第二級、第三級、第四級現(xiàn)有的控制信號將用來控制HydroCOM和旁通閥。因此，低選器的輸出信號被分成兩段，一段給HydroCOM，另一段給旁通閥。

新氫壓縮機(jī)B機(jī)旁通閥已有控制器輸出信號的范圍從0%到100%（旁通閥按一臺壓縮機(jī)的滿負(fù)荷時的100%氣量來設(shè)計）。已有壓力低選器的輸出信號是壓縮機(jī)負(fù)荷取反（如果僅用于控制旁通閥，它指旁通閥的開度）。分程功能模塊根據(jù)圖3所示的關(guān)系將控制信號的低段（對應(yīng)壓縮機(jī)高負(fù)荷）給HydroCOM系統(tǒng)，將控制信號的高段（對應(yīng)壓縮機(jī)低負(fù)荷）給旁通閥。

正常工況的分程點(diǎn)必須設(shè)定在HydroCOM系統(tǒng)的最低負(fù)值（如果壓縮機(jī)長期運(yùn)行在低負(fù)荷下，氣體在進(jìn)氣和回流時產(chǎn)生的閥損將使進(jìn)氣溫度升高。為了防止壓縮機(jī)密封元件過熱，必須對壓縮機(jī)最低負(fù)荷進(jìn)行限制）。因?yàn)槭欠聪騽幼鞯目刂菩盘?，分程點(diǎn)80%對應(yīng)于壓縮機(jī)的最小負(fù)荷20%。

3 HydroCOM系統(tǒng)在加氫裂化裝置的應(yīng)用及節(jié)能效果

對比B機(jī)壓縮同樣氫氣量的情況下（約45000Nm3/h），未安裝HydroCOM系統(tǒng)之前，壓縮機(jī)主電機(jī)的平均工作電流為285A，安裝HydroCOM系統(tǒng)后，在80%HydroCOM氣量無級調(diào)速控制信號下，壓縮機(jī)主電機(jī)的平均工作電流為230A左右。主電機(jī)的工作電壓為10000V，取功率因素cosφ為0.9。根據(jù)三相功率計算公式p=√3UIcosφ，安裝前電機(jī)功率為p=√3×10000×285×0.9≈4442.71kW，安裝后電機(jī)功率為p=√3×10000×230×0.9≈3585.34 kW，安裝后，新增液壓油系統(tǒng)電機(jī)功率為4.0 kW，可計算出安裝HydroCOM系統(tǒng)后，每年（按8400h計）節(jié)約用電Q=（4442.71-3585.34-4）×8400≈7168kW·h，若按電價0.52元/kW·h計算，一年可節(jié)約費(fèi)用372.74萬元左右，節(jié)能效果顯著，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4 結(jié)語

HydroCOM氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)流量0%～ 100%無級可調(diào)，其中0%～20%用于壓縮機(jī)的無沖擊開機(jī)、切機(jī)或停機(jī)，系統(tǒng)操作簡單，能夠在外來因素影響以及裝置本身負(fù)荷發(fā)生改變引起氫氣量變化時精確及時調(diào)整壓縮機(jī)的工藝參數(shù)，使各級氣缸做功合理，可以說，HydroCOM氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)在KR70-4型新氫壓縮機(jī)上的改造是成功的，在加氫裂化當(dāng)前負(fù)荷下長周期運(yùn)行將有效降低企業(yè)的生產(chǎn)能耗損失和生產(chǎn)成本，提高企業(yè)競爭力。

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作者簡介：

林靜芬（1992- ），女，漢族，浙江臺州人，本科，化學(xué)工程與工藝專業(yè)，助理工程師，研究方向：加氫改質(zhì)裝置安全生產(chǎn)與優(yōu)化調(diào)整。

高峰（1991- ），男，漢族，安徽六安人，大專，應(yīng)用化工技術(shù)專業(yè)，助理工程師，研究方向：加氫裂化裝置安全生產(chǎn)與優(yōu)化調(diào)整。