延迟焦化装置富气压缩机余隙调节改造

　　

延迟焦化装置压缩机余隙调节应用实例

秦景民，王贤山

摘要：炼油装置往复式压缩机属耗能设备，排气具有一定的富裕量。企业积极响应国家节能号召，对压缩机实施余隙调节改造。改造后，自动控制流量在60%-100%的连续无级调节和各级间压缩，避免气量回流重复做功，节能的同时也产生了经济效益。

关键词：压缩机；余隙；改造；效益

作者简介：秦景民(1972-)，男，山东省广饶县人，正和集团股份有限公司高级技师，山东省高级技师，东营市特殊贡献技术，广饶县首席技师，工程师，大学学历，主要从事建设项目设备管理工作，电话：13793966363，E-mail:qjm6363@126.com。

0.引言

随着经济的迅速发展，我国能源消耗快速增长，石油对外依存度增大，节约能源问题突出。国家出台《中华人民共和国节约能源法》，并制定“十二五”、“十三五”节能减排规划，加强用能管理，倡导全社会合理利用能源。

炼油装置往复式压缩机属耗能设备，其排气量一般是根据装置所需的最大容积流量或近期装置可能扩容所需的流量来选择，一般具有一定的富裕量。由于入口条件的改变（入口压力、温度等）、工艺流程或耗气设备的需求量改变，当耗气量小于压缩机的排气量时，需对压缩机进行气量调节，以使排气量适应耗气量要求，保持管网压力稳定，达到节能降耗的效果。

某炼厂延迟焦化装置设有富气压缩机3台，为往复式压缩机，处于开二备一状态，根据入出口压力、回流量，生产所需气量约为两台压缩机压缩气量的80%。富余气量采用旁通回流方式进行调节，约20%的气量回流重复做功，形成一定的能源浪费。在节能降耗大背景下，需采用合理方式，实施压缩机气量调节，减少压缩机运行能耗。

1.压缩机气量调节方式

常见的压缩机气量调节有四种方式，即转速调节、压开进气阀调节、旁通调节、余隙腔调节。

---转速调节即通过改变压缩机的转速来调节排气量。调节优点是气量连续，但驱动机为内燃机和汽轮机的压缩机上应用广泛，电动机驱动的往复式压缩机上不适用。　

---压开进气阀调节根据进气阀被压一过程的长短，分全行程压开进气阀和局部行程压开进气阀两种方式。全行程压开进气阀的调节幅度较大，适用于粗调节。局部行程压开进气阀调节的原理与全行程压开进气阀相似，但运行经济性较差。　

---旁通调节排气管经由旁通管路和旁通阀门与进气管相连接，局部排气便又回到进气管路中。调节方法比较灵活，调节精度比较高，且简单易行，但损耗掉全部压缩功，所以经济性差。

余隙腔调节的工作原理是压缩机的气缸上除固定余隙容积外，没有一定的空腔。空气压缩机调节时接入气缸工作腔，使余隙容积增大，容积系数减小，排气量降低。多用于大型工艺压缩机。主要缺点是通常手动调节，且响应速度慢，需与其它调节方式配合使用。

可调余隙调节是在固定余隙调节的基础上，将固定余隙改变成余隙容积连续可调的调节方法，取消控制辅助余隙腔与气缸之间连接的余隙阀，可调余隙缸与外侧气缸直接相通，进出余隙缸的气体无阻力损失。

可调余隙调节气量时，理论上压缩机的指示功与气量正比例变化；余隙增大会导致压缩过程活塞力升高速率降低，膨胀过程气缸内高压气体推动活塞往内侧运动，减少曲轴连杆的受力，有利于减少运动机构的摩擦力，排气量与电动机能耗几乎成正比，是目前压缩机调节气量最节能的方式（变频除外）。余隙示意图和示功情况见图1。

图1 存在余隙Vc的示意图和示功图

注：图1为压缩机存在固定余隙Vc的示意图和理想气体示功图。图中，横坐标V表示气缸容积变化，纵坐标P表示气缸压力变化，P1、P2分别是进、排气压力。

2.延迟焦化富气压缩机余隙调节改造方案

基于此，企业积极响应国家节能号召，对压缩机实施余隙调节改造。

---方案目的。通过电液控制机构智能调节，能根据给定的控制参数，自动控制流量在60%-100%的连续无级调节和各级间压缩，避免20%气量回流重复做功，从而达到节能的目的。而且还可以轻松实现压缩机的平稳启动、切换和停机，短时间内在不需停压缩机的情况下就可对控制系统进行检修维护。

---技术方式。在不改变压缩机原主体结构及不改变压缩机原控制系统的情况下，仅对压缩机缸盖进行改造，基本不改变机组原控制系统，仅取消原固定余隙调节。可调余隙容积采用电液控制方式；使得排气量在60%～100%内进行无级调节或按实际需要设计调节范围。余隙系统组成：执行机构由余隙缸、余隙活塞和液压缸等组成，取代原有的缸盖和固定余隙。新增加的电液控制系统可以根据主控变量或通过手动给定参数，通过PLC或用户DCS、电磁阀、位置传感器、伺服油缸组成的电液控制系统，使余隙缸活塞按输入信号作直线位移，从而实现各级余隙容积变化的伺服控制，最终实现压缩机排气量和级间压缩比的控制。泄漏检测系统通过限流孔板、压力变送器、限压排放单向阀组成泄漏检测系统，在线检测执行机构泄漏状况，也可通过现场操作就地排放阀直观检测泄漏。

---方案亮点。余隙调节系统是专为往复式压缩机开发的数字式电液控制气量无级余隙调节控制系统，适合气阀径向布置的压缩机。控制系统可以根据主控变量或通过手动给定参数，通过可编程控制器(PLC)、电磁阀、位移传感器、伺服油缸组成的电液位置控制系统，使余隙活塞按输入信号作直线位移，从而实现各气缸余隙容积变化的伺服控制，最终实现压缩机排气量和级间压缩比的控制。

---调试过程及注意事项。调试过程分液压系统及执行机构调试和控制系统调试两个部分。液压系统及执行机构调试过程中，主要关注内容为：确认执行机构安装完好，管线、传感器电缆联接好；所有手动阀门处于全开状态或全关状态；进行氮气气密试验，确认泄漏压力传感器显示压力小于0.01MPa或不大于排空系统压力，压缩机气缸内充有不低于1级排气压力的氮气；注油过程中注油量为油箱有效容积高度的95-100%；检查管线、接头有无漏油，检查油泵及电动机声音是否正常。控制系统调试应注意油泵不能长时间在手动方式下运行，一般不能超过20分钟，避免油温上升。控制电源开关正常工作时处于“合”的位置，控制箱需要开盖检修或设备停用时，控制电源开关处于“分”的位置。按照既定的数据设置控制参数，不得随意改动。

3. 延迟焦化富气压缩机余隙调节改造实施

因考虑装置实际运行情况，对一台压缩机实施改造。余隙无级调节系统主要由安装在各个气缸外侧的执行机构和电液控制柜两部分组成，其技术参数见表1。

序号	项 目	技术参数
1	调节范围	60%-100%
2	液压系统电磁阀及用电元件控制电压	DC24V
3	液压油	推荐用N46或N32（冬季）
4	液压系统清洁度要求	NAS 9级
5	电控系统PLC	西门子S7
6	显示系统	维纶通MT系列触摸屏
7	总装机功率	3.5KW
8	电机功率	3KW

表1 余隙无级调节系统技术参数表

气量调节系统及配件组成见表2。

序号	名称	数量
1	齿轮泵	1台
2	空气滤清器	1台
3	叠加式滤油器	1台
4	一级执行机构密封圈	1套
5	二级执行机构密封圈	1套

表2 余隙调节系统配件组成

项目实施前，系统厂家技术人员与施工单位技术人员进行对接，制定详细的施工计划及施工进度网络图。企业装置停工过程中，对项目实施改造，施工人员各司其职、分工明确，严格按照施工计划进行施工，在确保质量的前提下，保质保量完成改造任务。

4.延迟焦化富气压缩机余隙调节改造成效

图2 改造前图片 图3 改造后图片

注：图2、图3为富气压缩机余隙调节改造前后现场情况

---技术改造前后技术指标对比情况。在装置运行加工量85t/h的工况下，压缩机负荷为100%。未投用余隙调节系统时，压缩机电流为96A、90A。投用余隙调节系统后，改造的富气压缩机电流降至84A，未改造压缩机电流不变。可见余隙调节系统改造后，压缩机电流降幅明显。数据对比见图4.

图4：改造前后电流情况

---经济效益情况。未投用余隙调节系统时，每小时的用电量为637.75千瓦时；投用余隙调节系统后，压缩机用电量为558.03千瓦时，每小时节约用电量79.72千瓦时。按照该机年运行8000小时计算，该机每年节电63.78万度，电费折合人民币45.3万元(电价0.71元/度)。数据对比见图5.

图5：改造前后用电量情况

---社会效益情况。通过电液控制机构智能调节，能根据给定的控制参数，自动控制流量在60%-100%的连续无级调节和各级间压缩，避免20%气量回流重复做功，从而达到节能的目的。而且还可以轻松实现压缩机的平稳启动、切换和停机，短时间内在不需停压缩机的情况下就可对控制系统进行检修维护。

参考文献：

[1]顾兆林，侯雄坡，王赞社，等.基于脉冲信号概念的往复压缩机流量调节方法分析［J］.科学通报，2011，56(15):1169－1176.

[2]张湘亚, 陈弘主编. 《石油化工流体机械》[M].石油大学出版社,1996.8

[3]炼油装置往复式压缩机余隙容积自动无级调节及节能改造[J].赖通荣,游碧龙,石油化工设备技术,2010,31(6)41

[4] 孙策.余隙自动无级调节系统在重整往复压缩机上的应用，http://mp.weixin.qq.com/s?src=3&timestamp=1516865773&ver=1&signature=4lzXyyAPNCVy2LLy5qBO6qLyWkoIUHA97Ivm58XHPJJ2O8bt2tWQkqsV-hHEnWKt*A0F0xp2gljiXsjyTUMoblmNVrsTi6gjlfb-ui*AKk0RY4cQLO7Zv0k0sxNi-bsyLxqIIeeZ2UvqydJ32JoS1Q==

[5] 李书璞 ， 顾兴坤 ，等，往复式压缩机余隙调节技术应用，《石油化工设备》 , 2016 , 45 (5) :61-65

[6] 压缩机气量调节四法，http://blog.sina.com.cn/s/blog_7d0fc8c00100qzvb.htm

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