往復式壓縮機氣量調(diào)節(jié)方式及優(yōu)缺點淺析

[摘 要]往復式壓縮機具有效率高、壓力及流量覆蓋范圍廣泛、結(jié)構簡單、占地面積小等優(yōu)點，被廣泛應用于石油化工、國防、以及冶金等行業(yè)。但是在石油化工領域，由于生產(chǎn)負荷以及生產(chǎn)需求的變化，大多數(shù)的往復壓縮機組并不能處于滿負荷的工作狀態(tài)，此時就需要對氣量進行調(diào)節(jié)，使其運行能夠滿足生產(chǎn)負荷要求。通過對在實際生產(chǎn)中的往復式壓縮機的氣量調(diào)節(jié)方式進行介紹及對比，分析其優(yōu)缺點。

[關鍵詞]往復式壓縮機 氣量調(diào)節(jié) 優(yōu)缺點 分析

中圖分類號：V845.5 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）20-0046-01

往復式壓縮機具有效率高、流量大、壓力范圍廣等優(yōu)點，廣泛應用于石油、化工、冶金、機械等領域[1]。在石油化工生產(chǎn)中往復式壓縮機的地位是其他種類壓縮機不能夠替代的。但是對于一臺往復式壓縮機來說，其額定的排氣量在結(jié)構設計初期就已經(jīng)確定，然而在實際生產(chǎn)中，往復式壓縮機并非總處于滿負荷的工作狀態(tài)[2]，現(xiàn)實生產(chǎn)中通過對壓縮機的氣量調(diào)節(jié)來滿足生產(chǎn)需要的負荷。

目前在化工生產(chǎn)中往復式壓縮機的氣量調(diào)節(jié)主要包括以下幾種：（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；（2）旁路調(diào)節(jié)；（3）全程頂開吸氣閥調(diào)節(jié)；（4）余隙調(diào)節(jié)；（5）無級氣量調(diào)節(jié)（部分行程壓開吸氣閥）。[2]下面對幾種氣量調(diào)節(jié)方式進行介紹及比較。

1、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)一般用于驅(qū)動機功率較小的電動機或者驅(qū)動機為內(nèi)燃機或汽輪機的壓縮機。對于電動機的調(diào)節(jié)方式采用變頻器改變驅(qū)動機的轉(zhuǎn)速，可對排氣量在60%-100%的范圍內(nèi)進行無級調(diào)節(jié)。采用此種方式具有壓縮機機械摩擦損失小、只改變單位時間內(nèi)壓縮機的工作循環(huán)次數(shù)并沒有改變循環(huán)過程，在機組的背壓沒有發(fā)生改變的情況下壓縮機的壓縮比不會發(fā)生變化，并且壓縮機機體并不需要額外安裝其他裝置等優(yōu)點。但是由于受到驅(qū)動電機自身的限制，在對電機進行變頻調(diào)節(jié)時對電網(wǎng)的沖擊較大、機體容易產(chǎn)生振動造成連鎖停車、運動部件磨損增加、有時候還會造成壓縮機的供油量不足、不能夠長時間在低負荷下工作[3]，調(diào)節(jié)范圍有限。此方法多用于離心式壓縮機，化工生產(chǎn)中往復式壓縮機采用此種調(diào)節(jié)方式并不多見。

2、旁路調(diào)節(jié)

旁路調(diào)節(jié)是化工生產(chǎn)中被廣泛應用的一種調(diào)節(jié)方式。主要是通過管路中的旁通閥將機組排出的多余的氣量經(jīng)管道回流到機組的入口，以滿足生產(chǎn)的負荷要求。這種調(diào)節(jié)方式具有調(diào)節(jié)方式最簡單、能夠進行連續(xù)的氣量調(diào)節(jié)、同時不改變壓縮機各級的壓縮比、能夠保證機組平穩(wěn)運行。該方式雖然被普遍應用，但是在能耗方面也存在著很大的缺點，旁路調(diào)節(jié)并沒有改變壓縮機原有的壓縮過程，多余的返回氣體仍然被壓縮，并沒有降低壓縮機的功耗，使壓縮機做了許多無用功，浪費了大量的能源。同時在生產(chǎn)操作中由于高壓氣體的返回容易造成入口分液罐超壓。

3、全程頂開吸氣閥調(diào)節(jié)

全程頂開吸氣閥調(diào)節(jié)是通過外在的執(zhí)行機構給吸氣閥一個外力使吸氣閥強制被壓開并保持在壓開的狀態(tài)，使壓縮機吸入的氣體全部經(jīng)吸氣閥返回到入口，此種調(diào)節(jié)方式具有結(jié)構簡單、操作方便、調(diào)節(jié)過程中氣體只需要克服氣閥開啟和關閉的阻力所造成的低功耗。也是一種被廣泛應用的調(diào)節(jié)方式。該方式的缺點是只能夠?qū)饬窟M行0%、（25%）、50%、（75%）、100%的階梯調(diào)節(jié)[4]、調(diào)節(jié)范圍有限僅限于粗調(diào)節(jié)并不能做到精確調(diào)節(jié)、同時長時間的頂開吸氣閥容易造成吸氣溫度過高。此方式在化工生產(chǎn)中大多數(shù)用于備用壓縮機的等氣量的切換過程中。

4、余隙調(diào)節(jié)

往復式壓縮機在設計時都要留有一定的余隙容積，該容積的主要目的是防止氣體在壓縮過程中產(chǎn)生液體造成撞缸事故以及起到一定的緩沖作用。余隙調(diào)節(jié)的方式是在氣缸的缸頭端加裝一個外部的腔體，增大了壓縮機的余隙容積，從而使壓縮機的容積系數(shù)減小、使機組的排氣量降低。通過對加裝的外部腔體容積的改變能夠?qū)ε艢饬繉崿F(xiàn)不同范圍的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的范圍一般為60%-100%。日常生產(chǎn)中對余隙調(diào)節(jié)方式通常采用手動調(diào)節(jié)或者自動液壓控制系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。該方式具有對執(zhí)行機構要求低、調(diào)節(jié)時氣體的阻力損失小等優(yōu)點。但是余隙調(diào)節(jié)的速度比較緩慢，不能夠及時對氣量進行調(diào)節(jié)、同時由于現(xiàn)在壓縮機多為采用雙作用氣缸，對氣缸改造的難度大所以不適合于現(xiàn)有設備的改造、自動控制系統(tǒng)復雜。故目前國內(nèi)化工生產(chǎn)中對壓縮機的余隙調(diào)節(jié)應用較少，并沒有得到實際的推廣。

5、無級氣量調(diào)節(jié)

無級氣量調(diào)節(jié)也叫局部行程頂開吸氣閥調(diào)節(jié)。該調(diào)節(jié)方式依靠的是額外的執(zhí)行機構，目前國內(nèi)多采用液壓執(zhí)行機構，在壓縮機吸氣的過程中打開吸氣閥，在氣體壓縮的過程中適時的撤銷所施加的強制外力造成吸氣閥的延時關閉，使得一部分氣體返回至壓縮機的入口沒有參與壓縮過程。通過對吸氣閥關閉的時間的控制使得機組實現(xiàn)在一定范圍內(nèi)的負荷的無級調(diào)節(jié)。該方法節(jié)能效果顯著、理論上能夠?qū)崿F(xiàn)氣量的0%-100%全量程的連續(xù)調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)時能夠保證壓縮機運行穩(wěn)定，經(jīng)過長時間的實際應用的驗證無級調(diào)量系統(tǒng)可以實現(xiàn)20%-100%負荷氣量調(diào)節(jié)范圍。但該方法對執(zhí)行機構的響應速度要求較高、對配套控制系統(tǒng)的準確性及執(zhí)行機構的精密性要求嚴格、同時該系統(tǒng)對吸氣閥的閥片壽命也會有一定的影響。

6、結(jié)語

節(jié)能減排是當下社會發(fā)展的的主題，也是轉(zhuǎn)變工業(yè)發(fā)展方式、提高社會生產(chǎn)率的關鍵。對于現(xiàn)代化工工業(yè)中，大型機組的節(jié)能措施對于一個企業(yè)的效益有著非常重要的影響，所以對于往復式壓縮機來說能夠找到一個合理的氣量調(diào)節(jié)方式對于企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高機組的運行效率具有非常重要的意義。通過對上面幾種方式的介紹及對比，結(jié)合目前化工生產(chǎn)中的實際應用，對于大型往復式壓縮機機組大部分采用旁路調(diào)節(jié)與無級氣量調(diào)節(jié)方式相結(jié)合的一種復雜的控制方案，其中旁路調(diào)節(jié)主要作用在壓縮機在0%-50%負荷時，無級氣量調(diào)節(jié)主要作用在壓縮機為50%以上負荷時。由于目前無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動化控制技術已經(jīng)成熟，僅需要較低的人工干預，自動化程度高。這種組合控制能夠使壓縮機達到最廣的氣量調(diào)節(jié)范圍，同時也能夠使節(jié)能效果最大化，因此在現(xiàn)實生產(chǎn)中被廣泛應用。

參考文獻

[1] 郁永章.活塞式壓縮機[M].北京：機械工業(yè)出版社.1982.

[2] 金江明，洪偉榮，梁萌，等.往復壓縮機氣量調(diào)節(jié)方法的研究進展[J].壓縮機技術，2007（4）：28-32.

[3] 王應來，張利平，尤磊.變頻閉環(huán)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)在空壓機中的應用[J].煤礦機械，2005（4）：118-119.

[4] 李金波.往復式壓縮機的流量調(diào)節(jié)方式探討[J].石油化工設備技術，2013，34（1）：45-46.

作者簡介

鄭喜龍，男，2013年畢業(yè)于北京化工大學，學士學位，目前從事一線生產(chǎn)工作，助理工程師職稱。