高莉莉

摘要： 本文針對于往復(fù)式壓縮機(jī)節(jié)能設(shè)計(jì)的無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)（HydroCOM），簡單敘述其結(jié)構(gòu)和原理，對在運(yùn)行中存在的故障問題進(jìn)行了查找、分析，經(jīng)過改造措施的落實(shí)和實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行的考驗(yàn)，無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)在渣油加氫往復(fù)壓縮機(jī)上應(yīng)用后，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，提高了自動化控制程度，滿足了生產(chǎn)的要求。

Abstract： This paper aimed at HydroCOM stepless gas regulating system for energy-saving design of reciprocating compressor， simply described the structure and principle， and found out and analyzed problems existing in the operation. Through the implementation of measures and the actual production operation test， while this system is applied in residue hydrogenation reciprocating compressor， the unit operates stably， which can improve the degree of automation control， and meet the production requirements.

關(guān)鍵詞： 無級氣量調(diào)節(jié)；往復(fù)式壓縮機(jī)；應(yīng)用分析；節(jié)能計(jì)算

Key words： stepless gas volume regulation；reciprocating compressor；application analysis；energy saving calculation

中圖分類號：TH45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）20-0220-02

0 引言

往復(fù)式壓縮機(jī)作為一種容積式壓縮機(jī)，包括用于存裝氣體的氣缸和用于壓縮氣體的活塞，在氣缸上裝有閥門可以控制進(jìn)氣和排氣，當(dāng)活塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動時，氣缸的容積按照一定規(guī)律變化，并在氣閥的作用下，吸進(jìn)、壓縮和排出氣體。往復(fù)式壓縮機(jī)的指示功耗與實(shí)際容積流量成正比，因此氣量無極調(diào)速系統(tǒng)能夠最大程度地節(jié)約能耗，壓縮機(jī)的流量控制回路是在DCS系統(tǒng)中完成的，控制變量和控制參數(shù)選取一反一流量。所有聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)均通過DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。HydorCOM系統(tǒng)自帶進(jìn)氣閥蓋溫度檢測裝置，閥蓋上的執(zhí)行元件中裝有溫度探頭，通訊協(xié)議采用Mdobls 協(xié)議，CIU 作為從設(shè)備，DCS 發(fā)起通訊請求，回路串有中繼器，實(shí)現(xiàn)CIU控制系統(tǒng)和 CS 系統(tǒng)通訊。

長嶺分公司加氫裝置共有兩臺新氫壓縮機(jī)（C102A/B）采取一開一備方式，分三級壓縮機(jī)，出口壓力高達(dá)18.5MPa，由于設(shè)計(jì)或者制造原因，機(jī)組富余量非常大，目前機(jī)組70%的負(fù)荷就能滿足裝置進(jìn)料滿負(fù)荷的運(yùn)行，而機(jī)組受原始設(shè)計(jì)只能將至86.5%的負(fù)荷狀態(tài)控制，存在非常大的功率浪費(fèi)，急需一種節(jié)能技術(shù)來解決該問題?；谏鲜銮闆r，在專業(yè)人員學(xué)習(xí)交流、討論調(diào)研、分析計(jì)算、審核審批后，決定引進(jìn)賀爾碧格公司設(shè)計(jì)的無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)（HydroCOM）技術(shù)，對渣油加氫新氫壓縮機(jī)C102A往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)行改造、實(shí)施，取得非常明顯的節(jié)能效果。

1 HydroCOM系統(tǒng)的工作原理

針對往復(fù)式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的高度集成的電子控制系統(tǒng)HydroCOM系統(tǒng)，能滿足0～100%范圍內(nèi)全程無級調(diào)節(jié)壓縮機(jī)排氣量的應(yīng)用需要。它能嵌入工廠的DCS系統(tǒng)中使用。液壓驅(qū)動的執(zhí)行元件基于4～20mA控制信號對進(jìn)氣閥延遲關(guān)閉的時間進(jìn)行準(zhǔn)確操控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對各個行程所需壓縮氣量的調(diào)控。工廠DCS內(nèi)置的PI控制器能夠基于實(shí)際負(fù)荷得到4～20mA控制信號，并將其輸送至CIU中進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換，然后以電子指令的形式對執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施操控。在初始壓縮行程中，進(jìn)氣閥在卸荷器的作用下全開，使得氣缸中的氣體未經(jīng)壓縮就回流到進(jìn)氣腔內(nèi)，然后進(jìn)氣閥響應(yīng)操控指令正常關(guān)閉，氣缸里中的氣體受到壓縮，到達(dá)排氣壓力排出氣缸裝備了HydroCOM系統(tǒng)后，壓縮機(jī)只壓縮實(shí)際需要的氣量，以進(jìn)一步節(jié)省能源。

2 無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造、調(diào)試、運(yùn)行分析

HydroCOM自動控制系統(tǒng)在工作負(fù)荷達(dá)不到30%的工況下，壓縮機(jī)C102A的HydroCOM系統(tǒng)仍會以30%的負(fù)荷率持續(xù)運(yùn)行，旁通閥可自動增大開度來調(diào)節(jié)多余的氣量。在工作負(fù)荷超過30%的工況下，旁通閥關(guān)閉，由HydroCOM系統(tǒng)獨(dú)自進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)。HydroCOM系統(tǒng)突發(fā)故障后，系統(tǒng)會自動響應(yīng)切除指令，旁通閥自動接收控制器信號，使C102A壓縮機(jī)重新回到100%滿負(fù)荷工況，旁通閥自動增大開度來調(diào)節(jié)多余的氣量。壓縮機(jī)一級的主控變量為：壓縮機(jī)的入口緩沖罐和出口壓力的低選控制信號。通過壓力PI控制器保持進(jìn)、排氣壓力的穩(wěn)定。壓縮機(jī)二級的主控變量是：壓縮機(jī)的二級入口壓力。通過壓力PI控制器保持入口壓力的穩(wěn)定。壓縮機(jī)三級的主控變量是：壓縮機(jī)的三級入口壓力。通過壓力PI控制器保持入口壓力的穩(wěn)定。

由于把HydroCOM系統(tǒng)嵌入到原有控制系統(tǒng)和人機(jī)界面是有可能的。所以，現(xiàn)有控制程序沒有改變使用原有控制變量和控制信號。HydroCOM的控制只是把之前旁通閥原有的控制信號，通過DCS組態(tài)分程把信號分為兩個，一個給旁通回流閥，另一個給HydroCOM系統(tǒng)。機(jī)組的無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造節(jié)能效果很好，但在改造、調(diào)試及運(yùn)行過程中，也遇到了各種各樣的問題，甚至有些問題是廠家專業(yè)人員都未遇到過的，現(xiàn)就其中幾個關(guān)鍵問題列舉如下：

2.1 相位監(jiān)測失靈 渣油加氫C102A無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用3個月后，控制油站動力油泵突然跳停，導(dǎo)致一、二、三級負(fù)荷自動切換至100%負(fù)荷運(yùn)行，控制系統(tǒng)失效，機(jī)柜間出現(xiàn)“上死點(diǎn)相位信息捕捉丟失”的報警，再次投用后故障和報警依舊。

2.2 控制系統(tǒng)瞬間失控的問題 渣油加氫新氫機(jī)C102A無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)同時控制一、二和三級的吸氣閥，均有液壓油站提供的液壓油控制，系統(tǒng)投用3個月后，當(dāng)切出無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，機(jī)組按原有100%負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行時，液壓油站動力油泵泵突然跳停，壓縮機(jī)一級負(fù)荷瞬間回零，二、三級負(fù)荷保持100%，導(dǎo)致二、三級壓縮比迅速上升，壓縮機(jī)一級進(jìn)氣量瞬間回零，持續(xù)近三十秒，此后類似故障連續(xù)出現(xiàn)三次。

2.3 控制系統(tǒng)無法投自動 170萬渣油加氫壓縮機(jī)C102A共有三級壓縮，其壓力控制逐級遞推，控制方式復(fù)雜，并且冗余量、反饋量都比較大，機(jī)組應(yīng)用無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，在其自動控制工況下，機(jī)組壓力多次大幅度波動，并且旁路無法及時有效地調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷。這說明機(jī)組原有壓力逐級遞推控制方案不能與無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)自身控制方案協(xié)調(diào)統(tǒng)一，無法投自動。

3 無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)改進(jìn)措施

3.1 安裝調(diào)試相位檢測探頭并強(qiáng)化固定 在相位失靈事件進(jìn)行分析后，重新對相位探頭及對應(yīng)監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行了校準(zhǔn)，使它們之間的距離保持在一個合適的位置。隨后在進(jìn)行調(diào)試時，未發(fā)生任何異常，無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行至今，再未因相位出現(xiàn)問題。

3.2 控制邏輯增加延時功能，解決瞬間失控 在對液壓油泵跳停造成進(jìn)料量波動大的事件進(jìn)行總結(jié)分析后，在油泵跳停后反饋信號增加了兩秒延時，即油泵跳停后，無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)依然按照原程序運(yùn)行兩秒，使得液壓油壓在降低過程中，依然按照原程序進(jìn)行控制，哪怕是因?yàn)槿鄙僮銐虻膭恿?，目的就是哪怕液壓?zhí)行器不做功也不要急，只要不添亂就行。在隨后進(jìn)行的液壓油泵停泵試驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)一級進(jìn)氣量幾乎沒有大的波動

3.3 優(yōu)化控制方案保證自動控制 在對整個過程進(jìn)行分析后，提出了自己的控制方案，并向相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)部門進(jìn)行了申請，得到了領(lǐng)導(dǎo)的支持。具體控制方案為：氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用簡單的壓力控制方案，分別利用二、三級入口壓力控制一、二級負(fù)荷，系統(tǒng)壓力控制三級負(fù)荷，且各級負(fù)荷與各級返回閥進(jìn)行分程控制。該方案不僅能控制機(jī)組各級壓縮比和系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定，而且控制簡單，易于操作。所需要注意的是，制氫裝置必須控制壓縮機(jī)入口壓力的穩(wěn)定。目前，該方案實(shí)行后，氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)投自動，效果良好。

4 無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)節(jié)能計(jì)算

無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)節(jié)能通過電機(jī)節(jié)電方式反映出來，按三相電機(jī)功率公式計(jì)算出無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后所能回收的能量：Wj=1.732 U（Il一I2）cosΦ

①根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，通過對壓縮機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果是消耗的電能基本與運(yùn)行負(fù)荷成正比。

②與典型的旁通閥調(diào)節(jié)比較：Wj =1.732×6000×（428-340）×1 = 914.5kW。

運(yùn)行時間按8000 h/a計(jì)算，則：年節(jié)約電為 7312000 kW·h；按工業(yè)電費(fèi)0.56 RMB/（kW·h）計(jì)算，則：年節(jié)約電費(fèi)為409.69萬元（RMB）；

按市場價約220萬元RMB每臺計(jì)算，則：投資回收期為0.54年。

③調(diào)節(jié)范圍寬：通過智能化的液壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，能夠快速、精確地控制壓力和流量，理論上能夠達(dá)到0%～100%無極調(diào)節(jié)，正常達(dá)到30%～100%無極調(diào)節(jié)。

5 結(jié)論

①無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)在渣油加氫往復(fù)壓縮機(jī)在壓縮機(jī)上應(yīng)用后，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，提高了自動化控制程度。②無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)在渣油加氫往復(fù)壓縮機(jī)的應(yīng)用過程中，碰到了各種各樣的問題，通過認(rèn)真分析、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，得以有效解決。目前，無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，不但降低能耗，提高裝置效益，滿足了生產(chǎn)的要求。同時，也為進(jìn)一步推廣無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)這項(xiàng)技術(shù)在其他往復(fù)式壓縮機(jī)的應(yīng)用，提供了寶貴的操作和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張章林.HydroCOM氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)在新氫機(jī)的應(yīng)用[J].廣石化科技，2011（3）.

[2]何文豐.鎮(zhèn)海煉化設(shè)備節(jié)能技術(shù)應(yīng)用.設(shè)備節(jié)能技術(shù)交流，2013年5月.

[3]袁春峰.賀爾碧格廠家技術(shù)培訓(xùn)，2013年3月.

[4]戴金祥.HydroCOM氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)在220萬噸蠟油加氫裝置中的應(yīng)用.安慶石化.

[5]梁涌.壓縮機(jī)技術(shù)，2007 第3期 -維普資訊網(wǎng).

[6]周小平.中外能源，2011 第2期-維普資訊網(wǎng).