壓縮機氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)使用效果及問題處理

李雷明

（大慶煉化公司煉油一廠，黑龍江大慶 163318）

0 引言

大慶煉化公司煉油一廠汽油加氫裝置往復式新氫壓縮機K101B 原設計為直接型指式吸氣閥卸荷。2016 年對壓縮機進行增設賀爾碧格氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造。該造后雖然節(jié)能效果明顯，但壓縮機活塞支撐環(huán)磨損過快，因此氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)一直無法投用。經(jīng)多次試驗改進，于2017 年底解決了壓縮機活塞支撐環(huán)磨損過快的問題，使氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)得以重新發(fā)揮作用。

1 壓縮機增設氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原因

1.1 壓縮機概況

大慶煉化公司煉油一廠汽油加氫裝置往復式新氫壓縮機K101B 由沈陽遠大壓縮機股份有限公司于2013 年制造生產(chǎn)，壓縮機型號為2D12-13/10-29，兩級兩列對稱式布置，驅(qū)動機功率400 kW，壓縮機設計氣量7200 m3/h，原設計入口壓力1.093 MPa，級間設計壓力1.89 MPa，級間安全閥整定壓力2.3 MPa。原設計氣閥卸荷方式為直接型指式吸氣閥卸荷，負荷有0、50%、100%，共3 個擋位。該壓縮機僅有一個二級出口返一級入口控制閥。

1.2 壓縮機增設無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)前存在的問題

（1）由于工藝改進，氫氣需求量為3400～4400 m3/h，壓縮機設計氣量偏大，由于壓縮機氣閥卸荷方式為直接型指式吸氣閥卸荷，且不建議長期在50%擋位下運行，所以壓縮機運行負荷只能為100%，需依靠壓縮機出口返回線控制壓縮機出口壓力，返回閥開度約為40%，造成電能的極大浪費。

（2）由于實際生產(chǎn)中新氫壓縮機入口壓力偏高，最高達到1.293 MPa，因此理論上壓縮機的級間壓力會達到2.39 MPa，安全閥整定壓力2.2 MPa，如果不降低壓縮機入口壓力，壓縮機級間安全閥就會起跳，降低壓縮機入口壓力的方法是將壓縮機入口管線內(nèi)的氫氣排至低瓦系統(tǒng)，造成氫氣的極大浪費。

2 壓縮機增設氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的效果

2.1 節(jié)電

壓縮機氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后，在滿足工藝生產(chǎn)的前提下，通過降低壓縮機負荷，關小壓縮機出口返回發(fā)，節(jié)電效果明顯。以壓縮機長時間在60%負荷情況下運行為例，每日可節(jié)電約4000 kW·h，按電價0.6 元/kW·h 計，每天可節(jié)省成本2400元，每年可節(jié)省電費87.6 萬元。

2.2 節(jié)氫氣

氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后，通過分別調(diào)整壓縮機一、二級負荷，使壓縮機一、二級負荷的差值保持在5%，可降低壓縮機的一級壓縮比，降低壓縮機的級間壓力，有效減少了壓縮機入口氫氣的排放，以2018 年全年的生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例，以裝置額定處理量1 500 000 t/年為例，氫氣單價按2 萬元/t 計算，壓縮機氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后，每年可節(jié)省氫氣量1200 t，節(jié)省氫氣費用2400 萬元。

3 壓縮機氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后出現(xiàn)的問題及處理方法

3.1 問題

壓縮機活塞支撐環(huán)為易損備件，活塞支撐環(huán)原設計材料為PTFE，設計使用壽命8000 h。壓縮機氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用前，活塞支撐環(huán)使用壽命最長可達7000 h。壓縮機氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后，使用壽命出現(xiàn)大幅縮短的情況，最短將至2000 h，且活塞桿沉降量出現(xiàn)大幅波動。

3.2 原因分析

壓縮機正常運行時，氣缸內(nèi)壓縮側(cè)的氣體會向膨脹側(cè)流動，在壓縮機活塞與氣缸的間隙處高壓氣體會對活塞產(chǎn)生作用力F1與F2，（圖1）。由于出口區(qū)域壓力大于入口區(qū)域的壓力，因此F1＜F2，會對活塞產(chǎn)生一個向上的推力。由于壓縮機氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后降低了每次壓縮氣體的時間，通過活塞與氣缸間隙的氣體量減少，活塞受到向上的推力也會減少，由于壓縮機負荷較低，活塞出現(xiàn)明顯的下移，使活塞支撐環(huán)磨損加劇。

圖1 壓縮機活塞受力示意

3.3 延長活塞支撐環(huán)使用壽命的方法

3.3.1 提高壓縮機負荷

提高壓縮機負荷可以提高活塞支持環(huán)的使用壽命，在壓縮機負荷控制在85%的情況下，壓縮機活塞支撐環(huán)的使用壽命3000 h，該方法雖然有一定的作用但效果不明顯，且與壓縮機增設氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能的初衷不符。

3.3.2 升級活塞支撐環(huán)材質(zhì)

壓縮機活塞支撐環(huán)原設計材料為PTFE，經(jīng)與壓縮機廠溝通采用一種填充納米級陶瓷晶須的新型密封材料HW-PTFE，這種材料通常用于飛機的剎車片，HW-PTFE 材料中的陶瓷晶須與PTFE 結(jié)晶體形成交聯(lián)互織的加強體結(jié)構(gòu)，使材料有更高的強度和低硬度的特點，增強了材料的耐磨性，具體性能見表1。活塞支撐環(huán)材料升級后壓縮機活塞支撐環(huán)壽命延長到5000 h。

表1 活塞支撐環(huán)材料特性對比

3.3.3 活塞輕量化

為延長壓縮機活塞支撐環(huán)的使用壽命，經(jīng)與廠家溝通后，決定對壓縮機一二級活塞進行輕量化改造，結(jié)構(gòu)由原來的整體結(jié)構(gòu)改為分體結(jié)構(gòu)，改造后壓縮機活塞支持環(huán)使用壽命已經(jīng)達到8000 h。改造情況見表2。

表2 活塞輕量化改造前后對比

4 總結(jié)

往復式壓縮機增設無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以實現(xiàn)壓縮機的節(jié)能，對于大慶煉化公司煉油一廠汽油加氫裝置新氫壓縮機來說，節(jié)省氫氣的效果和價值更為明顯。但改造后，由于負荷較低，造成壓縮機活塞支撐環(huán)磨損過快，通過升級壓縮機活塞支撐環(huán)材料，對壓縮機活塞進行減重改造，使活塞支撐環(huán)壽命得到有效提升，氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功效得到極大提升。今后的使用中，應注意壓縮機負荷不應處于過低位置，才能在保證設備平穩(wěn)運行的前提下，達到節(jié)能的效果，實現(xiàn)效益最大化。