鞠建民，劉軍峰

（山東石大科技石化有限公司，山東日照276807）

余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)在往復(fù)壓縮機(jī)上的應(yīng)用

鞠建民，劉軍峰

（山東石大科技石化有限公司，山東日照276807）

闡述了壓縮機(jī)余隙無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理及裝置應(yīng)用后節(jié)能效果。

往復(fù)壓縮機(jī)；余隙容積；節(jié)能

1 引言

C1102B壓縮機(jī)是山東石大科技石化有限公司柴油加氫裝置關(guān)鍵設(shè)備之一，主要作用是向加氫反應(yīng)系統(tǒng)補(bǔ)償新氫。該機(jī)組型號(hào)為CW-15/（24-98）-X，流量15 m3/min，出口壓力9.8 MPa。自裝置建成投產(chǎn)以來，裝置處理量一直較低，維持在設(shè)計(jì)負(fù)荷的50%～60%，為滿足該機(jī)組運(yùn)行條件，只能靠出入口回流閥開度進(jìn)行流量控制操作，這種流量調(diào)節(jié)方法使得部分氣體反復(fù)壓縮做功，造成了能源的巨大浪費(fèi)。為了降低壓縮機(jī)在低處理量下能耗高的問題，我們采用了最新電液控制技術(shù)和壓縮機(jī)余隙無級(jí)調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)，徹底消除了往復(fù)機(jī)無用功損失的問題，提高了能源利用率。

2 余隙容積改變與循環(huán)指示功關(guān)系分析

2.1 余隙容積改變前做功過程分析

由圖1分析可知，壓縮機(jī)氣缸側(cè)主要循環(huán)指示功過程是：當(dāng)活塞移動(dòng)至最左端時(shí)，因余隙容積Vc的存在，少部分高壓氣體會(huì)壓縮存留在氣缸內(nèi)；當(dāng)活塞向右開始移動(dòng)時(shí)，存留在氣缸中的高壓氣體因氣缸容積變大而開始膨脹，同時(shí)，壓縮機(jī)進(jìn)排氣閥均處于關(guān)閉狀態(tài)，如圖1中3-4曲線；當(dāng)活塞繼續(xù)向右移動(dòng)時(shí)，此時(shí)壓縮機(jī)入口壓力大于氣缸內(nèi)氣體壓力，進(jìn)氣閥在其內(nèi)外壓差的作用下打開，使得入口管道內(nèi)的氣體進(jìn)入氣缸；當(dāng)活塞移動(dòng)到氣缸的最右端時(shí)，如圖1中4-1所示，氣缸容積達(dá)到最大并完成進(jìn)氣過程，此時(shí)，進(jìn)氣閥內(nèi)外壓力平衡，在氣閥彈簧力的作用下氣閥關(guān)閉；之后活塞開始向左運(yùn)動(dòng)并壓縮缸內(nèi)氣體，如圖1中1-2曲線，到達(dá)曲線終點(diǎn)時(shí)氣體壓力達(dá)到最大值，完成壓縮過程。缸內(nèi)壓力大于排氣閥外側(cè)壓力，在壓差的作用下排氣閥打開開始排氣，如圖1中2-3過程，活塞繼續(xù)向左移動(dòng)至點(diǎn)3處，排氣過程結(jié)束。線段3-4、4-1、1-2、2-3所圍成的面積3-4-1-2-3即表示壓縮機(jī)一個(gè)循環(huán)過程所消耗的功。

往復(fù)壓縮機(jī)為防止氣缸內(nèi)帶液發(fā)生撞缸事故，都會(huì)設(shè)計(jì)有一定的余隙容積Vc，余隙容積是指往復(fù)壓縮機(jī)壓縮終端時(shí)留下的容積，當(dāng)膨脹過程時(shí)，殘留在余隙中的氣體膨脹至進(jìn)口壓力，V4為殘留氣體膨脹至入口壓力的容積。

2.2 余隙容積改變后做功過程分析

當(dāng)余隙容積Vc增大到Vc′時(shí)，在壓縮至同樣壓力情況下，膨脹過程中殘留在余隙的氣體膨脹至進(jìn)口壓力的體積由V4增大至V4′時(shí)。之后，由4′-1完成吸氣過程，1-2'完成壓縮過程，2′-3完成排氣過程，氣體達(dá)到額定排氣壓力后從排氣閥排出。由于余隙殘留氣體膨脹體積由V4增大至V4′，壓縮后排出氣體的容積流量變小，實(shí)現(xiàn)了流量調(diào)節(jié)。線段3-4′、4′-1、1-2′、2′-3所圍成的面積3-4′-1-2′-3即表示壓縮機(jī)余隙容積變大后一個(gè)循環(huán)過程所消耗的功。

由圖2可知，通過余隙容積變化同樣可以實(shí)現(xiàn)氣體流量的調(diào)節(jié)，隨著余隙容積的變大、氣體容積流量變小，同時(shí)壓縮機(jī)指示功也隨之變小。

3 氣量余隙調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的原理結(jié)構(gòu)

3.1 氣量余隙調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的原理結(jié)構(gòu)

氣量余隙調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是根據(jù)通過余隙變化實(shí)現(xiàn)氣體流量調(diào)節(jié)的原理將原來的固定余隙容積改造為可變余隙容積。在原氣缸外側(cè)安裝一個(gè)可調(diào)余隙缸，兩缸之間相通連接，在活塞運(yùn)行過程中，氣缸內(nèi)的氣體可以無阻力進(jìn)出余隙缸。

在對(duì)氣量余隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，手動(dòng)給定參數(shù)的電信號(hào)通過電液伺服閥轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)，以推動(dòng)液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)余隙容積變化的伺服控制。當(dāng)需要減少排氣量時(shí)，通過電液控制系統(tǒng)控制余隙活塞移動(dòng)至比例對(duì)應(yīng)位置，此時(shí)，氣缸余隙容積增大至Vc′，進(jìn)氣量由全原來的Vs-V4減少到Vs-V4′。實(shí)現(xiàn)了進(jìn)氣量的減少，壓縮循環(huán)過程做功由面積3-4-1-2-3減少至3-4′-1-2′-3，降低了壓縮機(jī)指示功的損耗。

3.2 氣量余隙調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)

氣體流量調(diào)節(jié)精度高：由于氣量余隙調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)方法是通過改變余隙活塞的位移來實(shí)現(xiàn)的，因此，這種氣量調(diào)節(jié)的精度非常高，可以達(dá)到2‰。

壓縮無功損失大大降低：因?yàn)閴嚎s機(jī)指示功是隨著氣缸余隙容積的變化成反比關(guān)系，也就是說，壓縮機(jī)的壓縮指示功與氣體的容積流量接近正比關(guān)系。同時(shí)，隨著進(jìn)入氣閥氣體流量的減少，氣閥閥片阻力損失也隨之降低。

壓縮機(jī)運(yùn)行條件大大改善：隨著壓縮功的降低，壓縮機(jī)曲軸、連桿機(jī)構(gòu)等零部件的受力也將大大降低，噪聲也會(huì)隨之降低；設(shè)備運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠。

4 余隙自動(dòng)無級(jí)氣量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)安裝改造

拆除原壓縮機(jī)缸蓋及大蓋螺栓；在原缸蓋處安裝復(fù)合油缸。保證密封墊片或密封圈的完好，并徹底清除掉壓縮機(jī)氣缸壁上的結(jié)焦物等；同時(shí)注意“對(duì)稱把緊復(fù)合油缸與氣缸間聯(lián)接的拉桿”。將原來缸蓋上、下冷卻水管線連接到復(fù)合油缸的上、下冷卻水管線接口。

由于液壓系統(tǒng)對(duì)液壓油的清潔度要求較高，在液壓系統(tǒng)管路安裝前一定要對(duì)油管路進(jìn)行酸洗、中和并循環(huán)清洗處理。

5 結(jié)語

目前，改造后的新氫壓縮機(jī)已應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，運(yùn)行中的壓縮機(jī)一返一和二返二調(diào)節(jié)閥能夠全部關(guān)閉，完全實(shí)現(xiàn)了余隙調(diào)節(jié)流量功能。壓縮機(jī)負(fù)荷70%運(yùn)行，測(cè)定電機(jī)電流為改造前的75%，按電價(jià)0.6元計(jì)算，年節(jié)省費(fèi)用約168萬元。

壓縮機(jī)降低負(fù)荷的同時(shí)，減少了介質(zhì)通過管線的流量，改善了管線的振動(dòng)；降低了介質(zhì)的凝液，避免了凝液帶入氣缸。同時(shí)級(jí)間水冷器的負(fù)荷減小，節(jié)約了循環(huán)水，降低了排氣閥的排氣溫度。

[1] 朱赫禮，等.可變余隙容積調(diào)節(jié)在往復(fù)式壓縮機(jī)上的應(yīng)用[J].齊魯石油化工，2013，（3）：236-239.

[2] 丁大衛(wèi)，等.可調(diào)余隙容積技術(shù)在加氫往復(fù)式壓縮機(jī)上的應(yīng)用[J].石油石化節(jié)能，2012，（11）：51-52.

[3] 劉正宇，等.可調(diào)余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)在加氫改質(zhì)裝置往復(fù)機(jī)上的應(yīng)用[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2014，（4）：23-25.

[4] 周蘭生，等.可調(diào)余隙調(diào)節(jié)氣量在往復(fù)式壓縮機(jī)上的應(yīng)用及節(jié)能效果 [J].蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，（2）：23-25

Application of Clearance Adjusting System in Reciprocating Compressor

JU Jian-min,LIU Jun-feng
（Shandong Shtar Science&Technology Group,Rizhao 276807,China）

This paper introduces the structure and working principle of the compressor clearance stepless adjusting system,and its energy saving effects after applied in installation and the energy saving effects of the clearance stepless adjusting mechanism on compressor.

reciprocating compressor;clearance volume;energy saving

TH457

B

1006-2971（2015）06-0049-03

鞠建民（1973-），男，1994年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)，本科，學(xué)士學(xué)位，工程師，主要從事石油化工生產(chǎn)管理工作。E-mail：liuliuai@163.com

2015-06-04