余隙無級調(diào)節(jié)氣量節(jié)能技術(shù)在新氫壓縮機上的應(yīng)用

溫紅林，趙贊立，夏存敬，顧興坤，劉德玲

(1.江蘇新海石化有限公司，江蘇 連云港 222113;2.山東易陽石化節(jié)能裝備有限公司，山東濟南 250101;3.東營科技職業(yè)學(xué)院，山東東營 257335)

在焦化汽柴油加氫裝置中，往復(fù)式壓縮機是不可或缺的重要設(shè)備，承擔(dān)著壓縮并輸送工藝介質(zhì)的任務(wù);其運行消耗的電量約占整個裝置耗電量的20% ～40%左右，屬于高耗能設(shè)備。隨著產(chǎn)品市場和工藝參數(shù)的變化，裝置的需氣量也要隨之變化，因此要求對壓縮機的容積流量(即排氣量，下同)能在較大范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。

當(dāng)壓縮機容積流量大于耗氣量時，管網(wǎng)中氣體壓力就會升高;當(dāng)容積流量小于耗氣量時，官網(wǎng)中的壓力又會降低。壓力過高時會導(dǎo)致破壞性事故。

對壓縮機容積流量的調(diào)節(jié)應(yīng)盡量滿足以下要求［1］:

(1)盡可能實現(xiàn)容積流量的連續(xù)調(diào)節(jié)，使容積流量隨時和耗氣量相等;

(2)對微小型壓縮機，調(diào)節(jié)系統(tǒng)力求簡單、操作方便、工作可靠;

(3)對中大型壓縮機，調(diào)節(jié)工況的經(jīng)濟性要盡可能高。

傳統(tǒng)常用的往復(fù)式壓縮機容積流量調(diào)節(jié)方式主要有:旁路調(diào)節(jié)和部分行程壓開進氣閥調(diào)節(jié)兩種方式。旁路調(diào)節(jié)是使壓縮機出口多余氣體經(jīng)旁路返回壓縮機進氣總管，目前往復(fù)式壓縮機普遍采用此方法，該方法操作簡單，調(diào)節(jié)范圍適中，但壓縮機仍是滿負(fù)荷工作，它不但不節(jié)能而且還需要消耗大量的循環(huán)冷卻水。部分行程壓開進氣閥調(diào)節(jié)是利用機械裝置將多余氣體暫時儲存在閥室內(nèi)，當(dāng)壓縮機吸氣時，閥室內(nèi)的氣體優(yōu)先排出以阻止多余氣體的進入，實現(xiàn)“回流省功”的目的，從而實現(xiàn)容積流量的調(diào)節(jié);該方式可以實現(xiàn)排氣量10%～100%范圍內(nèi)的無級調(diào)節(jié)，但該系統(tǒng)仍有5%左右的氣體阻力損失，因此其節(jié)能效率在95%以下，且該系統(tǒng)復(fù)雜、控制精度高、操作繁瑣、氣閥維修更換頻繁、運行和維護費用高、性價比高、投資回收期長等［1－4］。

針對以上常用兩種調(diào)節(jié)方式存在的較多缺陷和不足，山東易陽石化節(jié)能裝備有限公司在粗放型固定余隙調(diào)節(jié)裝置的基礎(chǔ)上、利用獨立自主專利技術(shù)和軟件著作權(quán)等研發(fā)的余隙無級調(diào)節(jié)氣量節(jié)能技術(shù)彌補了前述兩種常用調(diào)節(jié)方式的缺陷和不足，得到了較好的推廣和應(yīng)用［5－6］。

1 余隙無級調(diào)節(jié)氣量節(jié)能技術(shù)應(yīng)用背景

新氫壓縮機K2101B(型號:DW－11.5/(19－95)－X)是無錫壓縮機股份有限公司生產(chǎn)的焦化汽柴油加氫裝置的關(guān)鍵設(shè)備，其作用是把生產(chǎn)裝置所需氫氣通過新氣壓縮機壓縮后輸送到氫氣管網(wǎng)中。該裝置的新氫壓縮機共兩臺，工藝位號分別是K2101A和K2101B，正常以開一備一的方式運行。由于建設(shè)初期新氫壓縮機選型較大，生產(chǎn)裝置需氣量小于其排氣量，雖在裝置建設(shè)時配置了旁路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以進行壓縮機出口流量的調(diào)節(jié)，但該旁路調(diào)節(jié)也僅僅是調(diào)節(jié)壓縮機出口的氣量，不但沒有使壓縮機節(jié)能而且還消耗大量的循環(huán)冷卻水、以降低壓縮機出口過來的高溫高壓氣體至壓縮機入口工藝要求的氣體溫度和壓力;在調(diào)節(jié)壓縮機出口氣量上，裝置需氣量與旁路調(diào)節(jié)氣量分配上，主要靠旁路調(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)，需要反復(fù)操作多次，才能調(diào)節(jié)好裝置所需氣量，因此在反復(fù)調(diào)節(jié)過程中，經(jīng)常會加大管網(wǎng)中氫氣壓力的控制難度，并引起機組振動和噪音的波動，系統(tǒng)安全生產(chǎn)受到很大影響;另外，采用旁路調(diào)節(jié)時，壓縮機仍是滿負(fù)荷運行、存在實際做功與后續(xù)工段所需氣量的不匹配，降低了壓縮機的實際效率，同時還增加了能耗和運行成本。

為保證裝置生產(chǎn)既安全平穩(wěn)運行又可節(jié)能降耗，江蘇新海石化有限公司在焦化汽柴油加氫裝置新氫壓縮機K2101B上采用山東易陽石化節(jié)能裝備有限公司的余隙無級調(diào)節(jié)氣量節(jié)能技術(shù)，進行了節(jié)能改造，實現(xiàn)了壓縮機排氣量在60% ～100%負(fù)荷范圍內(nèi)的無級連續(xù)調(diào)節(jié)。該技術(shù)安裝施工方便，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍適宜，操控簡單易行，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，安全可靠性高、節(jié)能效果顯著，運行和維護成本低，投資小，回收期僅四個月，達(dá)到了無級調(diào)節(jié)壓縮機容積流量和節(jié)能降耗改造的目的［7］。

2 余隙無級調(diào)節(jié)氣量節(jié)能系統(tǒng)組成

往復(fù)式壓縮機余隙無級調(diào)節(jié)氣量節(jié)能系統(tǒng)YY－EEAACCV2.2是將原始固定余隙改變成連續(xù)無級可調(diào)的可變余隙容積。該節(jié)能系統(tǒng)主要包括四個子系統(tǒng):分別是執(zhí)行系統(tǒng)、液控系統(tǒng)、電儀自控系統(tǒng)和泄漏監(jiān)測系統(tǒng)(如圖1所示)［8－12］。

圖1 ACCV2.2余隙無級調(diào)節(jié)氣量節(jié)能系統(tǒng)組成示意圖

執(zhí)行系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動方式、由液控系統(tǒng)提供動力，它包括余隙容積腔、液壓驅(qū)動腔、泄漏監(jiān)測腔和冷卻腔等。

液控系統(tǒng)主要由油箱、油泵、蓄能器、電磁閥組等組成［13］。

電儀自控系統(tǒng)由西門子S7－200可編程邏輯控制器、AD/DA模塊、控制程序等組成。

泄漏監(jiān)測系統(tǒng)主要由泄漏監(jiān)測腔、泄漏監(jiān)測裝置和低壓瓦斯排放罐等組成。

3 新氫壓縮機余隙無級調(diào)節(jié)氣量節(jié)能技術(shù)應(yīng)用內(nèi)容

(1)新氫壓縮機K2101B余隙無級調(diào)節(jié)氣量節(jié)能改造的內(nèi)容有，增上:

①兩臺余隙無級調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu);

②一套四回路液控系統(tǒng);

③一套電儀自控系統(tǒng);

④一套泄漏監(jiān)測系統(tǒng);

⑤配套安裝材料一批;

⑥配套的動力電纜及信號電纜一批，等。

(2)新氫壓縮機K2101B余隙無級調(diào)節(jié)氣量節(jié)能改造的安裝施工內(nèi)容有:

①拆除K2101B壓縮機氣缸蓋，將對應(yīng)余隙無級調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)安裝在原氣缸蓋處;

②安裝集成液控系統(tǒng)、電儀自控系統(tǒng)、泄漏監(jiān)測系統(tǒng)于一體的控制柜;

③安裝控制柜至執(zhí)行機構(gòu)的四路控制油管線;

④安裝控制柜至執(zhí)行機構(gòu)的兩條泄漏監(jiān)測管線;

⑤安裝配電室至控制柜間的動力電纜;

⑥安裝DCS控制室至控制柜間的信號電纜，等。

(3)新氫壓縮機K2101B節(jié)能改造前后的主要工藝參數(shù)，見表1。

表1 新氫壓縮機K2101B主要工藝參數(shù)

(4)新氫壓縮機K2101B節(jié)能改造后的現(xiàn)場照片，如圖2。

4）定期排出剩余污泥。系統(tǒng)內(nèi)剩余污泥的累積，不但助長了放線菌的生長和積聚，產(chǎn)生較多泡沫和浮渣，還降低了好氧池內(nèi)活性污泥的泥齡和濃度，使產(chǎn)水水質(zhì)變差。每個季度需進行一次污泥排出作業(yè)，但不要全部排空，保留一部分泥種。通過控制系統(tǒng)內(nèi)活性污泥的濃度，可減少產(chǎn)水底物、改善產(chǎn)水水質(zhì)。

圖2 新氫壓縮機K2101B余隙無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造后的現(xiàn)場照片

4 新氫壓縮機余隙無級調(diào)節(jié)氣量節(jié)能技術(shù)應(yīng)用效果

對新氫壓縮機K2101B余隙無級調(diào)節(jié)氣量節(jié)能系統(tǒng)的節(jié)能效果，江蘇新海石化有限公司安排車間進行了標(biāo)定。

2017年9月27日11時，新氫壓縮機K2101B開始投用余隙無級調(diào)節(jié)氣量節(jié)能系統(tǒng)，經(jīng)過逐步的優(yōu)化調(diào)整后，壓縮機負(fù)荷降至70.6%，并于09月28日投用成功。該機余隙無級調(diào)節(jié)氣量節(jié)能系統(tǒng)投用后，壓縮機運行平穩(wěn)，對余隙無級調(diào)節(jié)氣量節(jié)能系統(tǒng)投用前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行比較，發(fā)現(xiàn)余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)節(jié)能效果顯著，具體表現(xiàn)為:

4.1 節(jié)約電費

新氫壓縮機K2101B電機電流由原來的67A左右降到了57A左右，每小時可節(jié)約電流10A左右。新氫壓縮機驅(qū)動電機為10000V高壓電機，每天可節(jié)約電量約4834kWh，電價按0.64元/kWh計算，每天可節(jié)省約3093.76元，全年生產(chǎn)時間按8000h計算，每年可節(jié)約103.13萬元電費。

4.2 節(jié)約循環(huán)水費用

新氫壓縮機K2101B投用余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，通過合理調(diào)整氣缸余隙，就能平穩(wěn)控制新氫壓縮機的負(fù)荷，使得原先調(diào)整新氫壓縮機的旁路調(diào)節(jié)二返一調(diào)節(jié)閥可以關(guān)閉，新氫壓縮機二返一冷卻器循環(huán)水可以不投，每小時可節(jié)約循環(huán)水70t，新海石化循環(huán)水價格是0.45元/t，全年生產(chǎn)時間按8000 h計算，每年可節(jié)約25.2萬元循環(huán)冷卻水運行費用。關(guān)閉的旁路調(diào)節(jié)系統(tǒng)見圖3。

圖3 新氫壓縮機K2101B進行節(jié)能改造后關(guān)閉的旁路調(diào)節(jié)系統(tǒng)

4.3 節(jié)能效果標(biāo)定與比較

新氫壓縮機K2101B余隙無級調(diào)節(jié)氣量節(jié)能系統(tǒng)投用前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表，見表2和表3。

表2 新氫壓縮機K2101B節(jié)能改造前的標(biāo)定數(shù)據(jù)

表3 新氫壓縮機K2101B投用余隙無級調(diào)節(jié)氣量節(jié)能系統(tǒng)后的標(biāo)定數(shù)據(jù)

5 余隙無級調(diào)節(jié)氣量節(jié)能技術(shù)的特點

余隙無級調(diào)節(jié)氣量節(jié)能技術(shù)在焦化汽柴油加氫裝置新氫壓縮機K2101B上的應(yīng)用實踐證明，該技術(shù)性能特點有:

(1)壓縮機容積流量調(diào)節(jié)范圍適宜，可在60% ～100%負(fù)荷范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)節(jié);

(3)系統(tǒng)調(diào)節(jié)靈活可靠、壓縮機運行穩(wěn)定，能降低壓縮機原有振動和噪音;

(4)系統(tǒng)自身能耗和年運行維護費用低，其自身能耗每天介于20～35kWh左右，材料維護費用每年不到一萬元、近于免維護，低于部分行程壓開進氣閥節(jié)能技術(shù);

(5)壓縮機的啟停、加載、減載或切機均可無沖擊平穩(wěn)操作;

(6)優(yōu)化了壓縮機工作環(huán)境、減輕了往復(fù)件的磨損程度，延長了壓機和主電機的使用壽命、降低了維護費用;

(7)余隙無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置靈活、操控簡單、操控模式多樣，實現(xiàn)了不停壓縮機維修余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)，好于部分行程壓開進氣閥調(diào)節(jié)能技術(shù);

(8)該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、安裝施工簡便、安全可靠性高;

(9)該系統(tǒng)性價比高、投資回收期短，等。

6 結(jié)論

余隙無級調(diào)節(jié)氣量節(jié)能技術(shù)在焦化汽柴油加氫裝置新氫壓縮機K2101B的應(yīng)用，實現(xiàn)了壓縮機容積流量在60% ～100%負(fù)荷范圍內(nèi)無級連續(xù)調(diào)節(jié)，關(guān)閉了原來頻繁調(diào)整的旁路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，節(jié)約了大量的循環(huán)冷卻水，改善了壓縮機運行環(huán)境，管網(wǎng)壓力和氣量易于調(diào)整和控制，壓縮機輸出氣量穩(wěn)定，優(yōu)化了壓縮機系統(tǒng)操作，降低了壓縮機原有振動和噪音，減輕了壓縮機往復(fù)件的摩擦，降低了壓縮機系統(tǒng)的運行和維護費用，提高了壓縮機系統(tǒng)的使用壽命，等。經(jīng)實踐應(yīng)用和標(biāo)定，余隙無級調(diào)節(jié)氣量節(jié)能技術(shù)改造簡單、操控方便、自身能耗低、運行和維護費用少、近于免維護，節(jié)能效果顯著，每年可節(jié)約103.13萬元電費和25.2萬元循環(huán)冷卻水運行費用，投資少回報高、投資回收期約四個月。

新氫壓縮機K2101B余隙無級調(diào)節(jié)氣量節(jié)能技術(shù)的改造和應(yīng)用，達(dá)到了技術(shù)協(xié)議要求和節(jié)能改造的目的。該技術(shù)具有較好的發(fā)展前景，應(yīng)予積極推廣和應(yīng)用。