秦景民，王賢山

(正和集團(tuán)股份有限公司，山東 廣饒 257300)

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國能源消耗快速增長，石油對(duì)外依存度增大，節(jié)約能源問題突出。國家出臺(tái)《中華人民共和國節(jié)約能源法》，并制定“十二五”、“十三五”節(jié)能減排規(guī)劃，加強(qiáng)用能管理，倡導(dǎo)全社會(huì)合理利用能源。

煉油裝置往復(fù)式壓縮機(jī)屬耗能設(shè)備，其排氣量一般是根據(jù)裝置所需的最大容積流量或近期裝置可能擴(kuò)容所需的流量來選擇，一般具有一定的富裕量。由于入口條件的改變(入口壓力、溫度等)、工藝流程或耗氣設(shè)備的需求量改變，當(dāng)耗氣量小于壓縮機(jī)的排氣量時(shí)，需對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行氣量調(diào)節(jié)，以使排氣量適應(yīng)耗氣量要求，保持管網(wǎng)壓力穩(wěn)定，達(dá)到節(jié)能降耗的效果[1-3]。

某煉廠延遲焦化裝置設(shè)有富氣壓縮機(jī)3臺(tái)，為往復(fù)式壓縮機(jī)，處于開二備一狀態(tài)，根據(jù)入出口壓力、回流量，生產(chǎn)所需氣量約為兩臺(tái)壓縮機(jī)壓縮氣量的80%。富余氣量采用旁通回流方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，約20%的氣量回流重復(fù)做功，形成一定的能源浪費(fèi)。在節(jié)能降耗大背景下，需采用合理方式，實(shí)施壓縮機(jī)氣量調(diào)節(jié)，減少壓縮機(jī)運(yùn)行能耗[4-5]。

1 壓縮機(jī)氣量調(diào)節(jié)方式

常見的壓縮機(jī)氣量調(diào)節(jié)有四種方式，即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、壓開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)、旁通調(diào)節(jié)、余隙腔調(diào)節(jié)。

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)即通過改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)排氣量。調(diào)節(jié)優(yōu)點(diǎn)是氣量連續(xù)，但驅(qū)動(dòng)機(jī)為內(nèi)燃機(jī)和汽輪機(jī)的壓縮機(jī)上應(yīng)用廣泛，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的往復(fù)式壓縮機(jī)上不適用。

壓開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)根據(jù)進(jìn)氣閥被壓一過程的長短，分全行程壓開進(jìn)氣閥和局部行程壓開進(jìn)氣閥兩種方式。全行程壓開進(jìn)氣閥的調(diào)節(jié)幅度較大，適用于粗調(diào)節(jié)。局部行程壓開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)的原理與全行程壓開進(jìn)氣閥相似，但運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較差。

旁通調(diào)節(jié)排氣管經(jīng)由旁通管路和旁通閥門與進(jìn)氣管相連接，局部排氣便又回到進(jìn)氣管路中。調(diào)節(jié)方法比較靈活，調(diào)節(jié)精度比較高，且簡單易行，但損耗掉全部壓縮功，所以經(jīng)濟(jì)性差。

余隙腔調(diào)節(jié)的工作原理是壓縮機(jī)的氣缸上除固定余隙容積外，沒有一定的空腔?？諝鈮嚎s機(jī)調(diào)節(jié)時(shí)接入氣缸工作腔，使余隙容積增大，容積系數(shù)減小，排氣量降低。多用于大型工藝壓縮機(jī)。主要缺點(diǎn)是通常手動(dòng)調(diào)節(jié)，且響應(yīng)速度慢，需與其它調(diào)節(jié)方式配合使用。

可調(diào)余隙調(diào)節(jié)是在固定余隙調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，將固定余隙改變成余隙容積連續(xù)可調(diào)的調(diào)節(jié)方法，取消控制輔助余隙腔與氣缸之間連接的余隙閥，可調(diào)余隙缸與外側(cè)氣缸直接相通，進(jìn)出余隙缸的氣體無阻力損失。

可調(diào)余隙調(diào)節(jié)氣量時(shí)，理論上壓縮機(jī)的指示功與氣量正比例變化；余隙增大會(huì)導(dǎo)致壓縮過程活塞力升高速率降低，膨脹過程氣缸內(nèi)高壓氣體推動(dòng)活塞往內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)，減少曲軸連桿的受力，有利于減少運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦力，排氣量與電動(dòng)機(jī)能耗幾乎成正比，是目前壓縮機(jī)調(diào)節(jié)氣量最節(jié)能的方式(變頻除外)。余隙示意圖和示功情況見圖1。

圖1 存在余隙Vc的示意圖和示功圖

2 延遲焦化富氣壓縮機(jī)余隙調(diào)節(jié)改造方案

基于此，企業(yè)積極響應(yīng)國家節(jié)能號(hào)召，對(duì)壓縮機(jī)實(shí)施余隙調(diào)節(jié)改造。

方案目的。通過電液控制機(jī)構(gòu)智能調(diào)節(jié)，能根據(jù)給定的控制參數(shù)，自動(dòng)控制流量在60%-100%的連續(xù)無級(jí)調(diào)節(jié)和各級(jí)間壓縮，避免20%氣量回流重復(fù)做功，從而達(dá)到節(jié)能的目的。而且還可以輕松實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的平穩(wěn)啟動(dòng)、切換和停機(jī)，短時(shí)間內(nèi)在不需停壓縮機(jī)的情況下就可對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行檢修維護(hù)。

技術(shù)方式。在不改變壓縮機(jī)原主體結(jié)構(gòu)及不改變壓縮機(jī)原控制系統(tǒng)的情況下，僅對(duì)壓縮機(jī)缸蓋進(jìn)行改造，基本不改變機(jī)組原控制系統(tǒng)，僅取消原固定余隙調(diào)節(jié)?？烧{(diào)余隙容積采用電液控制方式；使得排氣量在60%～100%內(nèi)進(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié)或按實(shí)際需要設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)范圍。余隙系統(tǒng)組成：執(zhí)行機(jī)構(gòu)由余隙缸、余隙活塞和液壓缸等組成，取代原有的缸蓋和固定余隙。新增加的電液控制系統(tǒng)可以根據(jù)主控變量或通過手動(dòng)給定參數(shù)，通過PLC或用戶DCS、電磁閥、位置傳感器、伺服油缸組成的電液控制系統(tǒng)，使余隙缸活塞按輸入信號(hào)作直線位移，從而實(shí)現(xiàn)各級(jí)余隙容積變化的伺服控制，最終實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)排氣量和級(jí)間壓縮比的控制。泄漏檢測系統(tǒng)通過限流孔板、壓力變送器、限壓排放單向閥組成泄漏檢測系統(tǒng)，在線檢測執(zhí)行機(jī)構(gòu)泄漏狀況，也可通過現(xiàn)場操作就地排放閥直觀檢測泄漏。

方案亮點(diǎn)。余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)是專為往復(fù)式壓縮機(jī)開發(fā)的數(shù)字式電液控制氣量無級(jí)余隙調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，適合氣閥徑向布置的壓縮機(jī)?？刂葡到y(tǒng)可以根據(jù)主控變量或通過手動(dòng)給定參數(shù)，通過可編程控制器(PLC)、電磁閥、位移傳感器、伺服油缸組成的電液位置控制系統(tǒng)，使余隙活塞按輸入信號(hào)作直線位移，從而實(shí)現(xiàn)各氣缸余隙容積變化的伺服控制，最終實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)排氣量和級(jí)間壓縮比的控制。

調(diào)試過程及注意事項(xiàng)。調(diào)試過程分液壓系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)試和控制系統(tǒng)調(diào)試兩個(gè)部分。液壓系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)試過程中，主要關(guān)注內(nèi)容為：確認(rèn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝完好，管線、傳感器電纜聯(lián)接好；所有手動(dòng)閥門處于全開狀態(tài)或全關(guān)狀態(tài)；進(jìn)行氮?dú)鈿饷茉囼?yàn)，確認(rèn)泄漏壓力傳感器顯示壓力小于0.01MPa或不大于排空系統(tǒng)壓力，壓縮機(jī)氣缸內(nèi)充有不低于1級(jí)排氣壓力的氮?dú)?；注油過程中注油量為油箱有效容積高度的95%～100%；檢查管線、接頭有無漏油，檢查油泵及電動(dòng)機(jī)聲音是否正常。控制系統(tǒng)調(diào)試應(yīng)注意油泵不能長時(shí)間在手動(dòng)方式下運(yùn)行，一般不能超過20min，避免油溫上升?？刂齐娫撮_關(guān)正常工作時(shí)處于“合”的位置，控制箱需要開蓋檢修或設(shè)備停用時(shí)，控制電源開關(guān)處于"分"的位置。按照既定的數(shù)據(jù)設(shè)置控制參數(shù)，不得隨意改動(dòng)。

3 延遲焦化富氣壓縮機(jī)余隙調(diào)節(jié)改造實(shí)施

因考慮裝置實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)一臺(tái)壓縮機(jī)實(shí)施改造。余隙無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要由安裝在各個(gè)氣缸外側(cè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電液控制柜兩部分組成，其技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 余隙無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)表

氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)及配件組成見表2。

表2 余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)配件組成

項(xiàng)目實(shí)施前，系統(tǒng)廠家技術(shù)人員與施工單位技術(shù)人員進(jìn)行對(duì)接，制定詳細(xì)的施工計(jì)劃及施工進(jìn)度網(wǎng)絡(luò)圖。企業(yè)裝置停工過程中，對(duì)項(xiàng)目實(shí)施改造，施工人員各司其職、分工明確，嚴(yán)格按照施工計(jì)劃進(jìn)行施工，在確保質(zhì)量的前提下，保質(zhì)保量完成改造任務(wù)。

4 延遲焦化富氣壓縮機(jī)余隙調(diào)節(jié)改造成效

圖2 改造前圖片

圖3 改造后圖片

技術(shù)改造前后技術(shù)指標(biāo)對(duì)比情況。在裝置運(yùn)行加工量85t/h的工況下，壓縮機(jī)負(fù)荷為100%。未投用余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)，壓縮機(jī)電流為96A、90A。投用余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，改造的富氣壓縮機(jī)電流降至84A，未改造壓縮機(jī)電流不變?？梢娪嘞墩{(diào)節(jié)系統(tǒng)改造后，壓縮機(jī)電流降幅明顯。數(shù)據(jù)對(duì)比見圖4。

圖4 改造前后電流情況

圖5 改造前后用電量情況

經(jīng)濟(jì)效益情況。未投用余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)，每小時(shí)的用電量

為637.75千瓦時(shí)；投用余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，壓縮機(jī)用電量為558.03千瓦時(shí)，每小時(shí)節(jié)約用電量79.72千瓦時(shí)。按照該機(jī)年運(yùn)行8000h計(jì)算，該機(jī)每年節(jié)電63.78萬度，電費(fèi)折合人民幣45.3萬元(電價(jià)0.71元/度)。數(shù)據(jù)對(duì)比見圖5。

社會(huì)效益情況。通過電液控制機(jī)構(gòu)智能調(diào)節(jié)，能根據(jù)給定的控制參數(shù)，自動(dòng)控制流量在60%～100%的連續(xù)無級(jí)調(diào)節(jié)和各級(jí)間壓縮，避免20%氣量回流重復(fù)做功，從而達(dá)到節(jié)能的目的。而且還可以輕松實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的平穩(wěn)啟動(dòng)、切換和停機(jī)，短時(shí)間內(nèi)在不需停壓縮機(jī)的情況下就可對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行檢修維護(hù)。

[1] 顧兆林，侯雄坡，王贊社，等.基于脈沖信號(hào)概念的往復(fù)壓縮機(jī)流量調(diào)節(jié)方法分析[J].科學(xué)通報(bào)，2011，56(15):1169-1176.

[2] 張湘亞,陳 弘.石油化工流體機(jī)械[M].東營：石油大學(xué)出版社,1996.

[3] 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(jí)調(diào)節(jié)及節(jié)能改造[J].石油化工設(shè)備技術(shù),2010,31(6):41.

[4] 孫 策.余隙自動(dòng)無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在重整往復(fù)壓縮機(jī)上的應(yīng)用[OL].[2018-01-17].http://mp.weixin.qq.com/s?src=3×tamp=1516865773&ver=1&signature=4lzXyyAPNCVy2LLy5qBO6qLyWkoIUHA97Ivm58XHPJJ208 bt2tWQkqsV-hHEnWKt*A0F0xp2gljiXsjyTUMoblmNVrsTi6gjlfb-ui*AKk0RY4cQLO7Zv0k0sxNi-bsyLxqIIeeZ2UvqydJ32JoS1Q==.

[5] 李書璞， 顧興坤，等.往復(fù)式壓縮機(jī)余隙調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用[J].石油化工設(shè)備 , 2016 , 45 (5) :61-65.