新氫機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)口配件國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用

林盛強(qiáng)

（中國(guó)石油化工股份有限公司廣州分公司，廣東廣州 510070）

0 引言

煉油四部加氫處理裝置新氫壓縮機(jī)兩開一備，兩臺(tái)常開主機(jī)采用德萊賽蘭的2HHE-VL-2-NL 型號(hào)往復(fù)壓縮機(jī)，備機(jī)采用沈鼓2D80-22/24-118-BX 型號(hào)往復(fù)壓縮機(jī)，一級(jí)入口壓力2.4 MPa、二級(jí)出口壓力11.8 MPa，主要介質(zhì)為氫氣，設(shè)計(jì)流量26 400 Nm3/h，機(jī)組實(shí)際運(yùn)行工藝負(fù)荷達(dá)不到滿負(fù)荷，采用二回一的回流閥調(diào)節(jié)壓縮機(jī)氣量，造成了很大的能源浪費(fèi)。2010 下半年增設(shè)了賀爾碧格的氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)Hydrocom，改造后節(jié)能效果顯著，工藝氣量調(diào)節(jié)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的目標(biāo)。

1 Hydrocom 系統(tǒng)易損件國(guó)產(chǎn)化

Hydrocom 系統(tǒng)主要易損件有專用進(jìn)氣閥和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)包含閥室、密封室、電氣室。根據(jù)賀爾碧格檢修要求，專用進(jìn)氣閥和執(zhí)行機(jī)構(gòu)達(dá)到8000 h 需要進(jìn)行小維護(hù)，達(dá)到16 000 h 需要進(jìn)行大維護(hù)。系統(tǒng)投用后至2013 年開始對(duì)專用進(jìn)氣閥和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行周期維護(hù)，完成后系統(tǒng)運(yùn)行良好。但在維護(hù)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)進(jìn)口配件維護(hù)周期長(zhǎng)、維護(hù)費(fèi)用高，明顯降低了節(jié)能改造帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。2013 年由臺(tái)州環(huán)天科技股份有限公司研發(fā)的國(guó)產(chǎn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)逐漸成熟并在重整裝置2D80-95.2/13-27.5-BX 重整氫壓縮機(jī)成功應(yīng)用，2014 年通過(guò)專家組鑒定，主要技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，建議進(jìn)一步推廣使用。2015 年Hydrocom 系統(tǒng)進(jìn)行定期維護(hù)時(shí)，為了縮短維護(hù)周期和降低維護(hù)費(fèi)用，對(duì)進(jìn)口系統(tǒng)易損件進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)化改造，介紹國(guó)產(chǎn)化替換后的運(yùn)行情況，為后期其他機(jī)組和中石化兄弟單位的國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用提供技術(shù)參考。

2 無(wú)級(jí)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)介紹

2.1 原理簡(jiǎn)介

部分行程頂開進(jìn)氣閥式的氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理實(shí)質(zhì)為進(jìn)氣閥的延遲關(guān)閉。具有氣量調(diào)節(jié)功能的壓縮機(jī)工作過(guò)程氣缸內(nèi)的P-V 圖如圖1 所示。不采用氣量調(diào)節(jié)控制時(shí)，往復(fù)壓縮機(jī)工作過(guò)程分成AB（膨脹）、BC（吸氣）、CD（壓縮）、DA（排氣）4個(gè)階段，ABCD 所圍成的PV 面積表示1 個(gè)壓縮過(guò)程壓縮機(jī)所做的功，其中C 點(diǎn)為進(jìn)氣結(jié)束、壓縮開始的分界點(diǎn)，此時(shí)進(jìn)氣閥關(guān)閉。當(dāng)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作時(shí)，膨脹過(guò)程AB 和吸氣過(guò)程BC 不變，在進(jìn)氣結(jié)束到達(dá)C 點(diǎn)前，進(jìn)氣閥卸荷叉在液壓力的作用下推動(dòng)閥片貼合在限制器表面，繼續(xù)保持打開狀態(tài)，如圖2，此階段CCr 即為回流階段，它將多余的氣量不經(jīng)過(guò)壓縮自動(dòng)排進(jìn)進(jìn)氣管路中；在CrDr 階段，通過(guò)電磁閥動(dòng)作關(guān)閉高壓油路、打開回油管路，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的液壓力卸載，閥片在氣體力和彈簧力作用下自動(dòng)關(guān)閉，壓縮機(jī)進(jìn)入壓縮階段；DrA 即為壓縮機(jī)的排氣階段。這一過(guò)程中，氣缸內(nèi)部分氣體通過(guò)進(jìn)氣閥回流到進(jìn)氣腔或者進(jìn)氣管路中，達(dá)到減小排氣量的目的，從P-V 圖上也可以發(fā)現(xiàn)實(shí)際工作過(guò)程變成A-B-C-Cr-Dr-A，該區(qū)域的面積為實(shí)際循環(huán)指示功。Cr-C-D-Dr 所圍成的區(qū)域?yàn)楣?jié)省的循環(huán)指示功，相比于現(xiàn)有的回流閥氣量調(diào)節(jié)方式，實(shí)現(xiàn)了壓縮機(jī)的節(jié)能。

圖1 往復(fù)壓縮機(jī)工作過(guò)程P-V 圖

圖2 進(jìn)氣閥的延遲關(guān)閉

2.2 系統(tǒng)組成

進(jìn)口Hydrocom 無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本配置如圖3 所示，它主要由中間接口單元CIU、液壓油站HU、液壓執(zhí)行器HA、TDC傳感器及相關(guān)附件等組成。

圖3 HydroCOM 系統(tǒng)基本配置示意

2.2.1 中間接口單元CIU

CIU（Compressor Interface Unit，壓縮機(jī)接口單元）提供HydroCOM 系統(tǒng)內(nèi)部和用戶DCS 控制系統(tǒng)的信號(hào)交換處理功能，通過(guò)它的中間轉(zhuǎn)換接口作用，使HydroCOM 系統(tǒng)簡(jiǎn)化為一個(gè)接受（4～20）mA 標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)的調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速電磁閥油路的通斷控制。

2.2.2 液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)HA

HA（Hydraulic Actuator，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)）是一組通過(guò)卸荷器對(duì)氣閥產(chǎn)生作用的部件總和，由HU（Hydraulic Unit，液壓油站）提供實(shí)現(xiàn)該動(dòng)作功能所需的機(jī)械動(dòng)力，CIU 進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，EPS 提供電源。液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作原理如圖4 所示。

圖4 液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作原理

2.2.3 液壓油站HU液壓油站HU 提供高壓液壓油向執(zhí)行器HA 提供機(jī)械動(dòng)力。本套系統(tǒng)正常操作壓力為10 MPa（100 bar）。

3 無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)易損件說(shuō)明

氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和專用進(jìn)氣閥是完成調(diào)節(jié)功能的主要?jiǎng)幼髟骷?，也是該系統(tǒng)的主要易損件。專用進(jìn)氣閥包含進(jìn)氣閥閥體、閥片、彈簧、卸荷器、頂桿等部件。執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括閥室、電氣室、密封室等部件，執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)原理如圖5 所示，其中閥室是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的核心部件，由高速電磁閥閥芯、閥體、電磁鐵、液壓油缸、進(jìn)回油接口等部件組成，通過(guò)電磁閥的動(dòng)作完成高壓進(jìn)油管路或者低壓回油管路的接通或斷開，實(shí)現(xiàn)液壓柱塞對(duì)進(jìn)氣閥頂桿的壓下和復(fù)位；電氣室接收控制單元的信號(hào)完成對(duì)電磁閥的通/斷電控制；密封室內(nèi)裝填料組件，實(shí)現(xiàn)頂桿處的泄漏密封。

圖5 氣量調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

根據(jù)賀爾碧格檢修要求，進(jìn)氣閥和執(zhí)行機(jī)構(gòu)達(dá)到8000 h 需要進(jìn)行小維護(hù)，達(dá)到16 000 h 需要進(jìn)行大維護(hù)，大維護(hù)如果磨損嚴(yán)重或者超出使用年限需要更換新件。根據(jù)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，有可能換新的部件主要有專用進(jìn)氣閥、執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥室、密封室的填料組件。

4 國(guó)產(chǎn)化改造應(yīng)用情況

執(zhí)行機(jī)構(gòu)是氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心部件，其中閥室及其內(nèi)部的高速電磁閥的可靠性是該系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的重要保障。閥室組件的使用期限一般為3～5 年，在定期維護(hù)時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)超過(guò)使用期限或者磨損嚴(yán)重，需要成套采購(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，維護(hù)費(fèi)用高、供貨周期長(zhǎng)，因此對(duì)進(jìn)口閥室組件的國(guó)產(chǎn)化改造能夠大幅降低維護(hù)費(fèi)用和縮短維護(hù)周期。

煉油四部加氫車間2015 年9 月聯(lián)合國(guó)產(chǎn)氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)廠家臺(tái)州環(huán)天科技股份有限公司進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥室國(guó)產(chǎn)化改造的共同開發(fā)，從接口尺寸的對(duì)接、閥室組件的性能測(cè)試、和原系統(tǒng)的兼容測(cè)試等方面對(duì)國(guó)產(chǎn)閥室組件進(jìn)行了優(yōu)化開發(fā)，11 月底完成現(xiàn)場(chǎng)閥室的安裝及調(diào)試，改造前后的閥室安裝圖如圖6 所示。改造完成后，分別在壓縮機(jī)停機(jī)、開機(jī)兩種工況下進(jìn)行了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)試對(duì)比。

圖6 進(jìn)口閥室和國(guó)產(chǎn)改造閥室

4.1 壓縮機(jī)停機(jī)下的靜態(tài)對(duì)比測(cè)試

4.1.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)靜態(tài)動(dòng)作測(cè)試

啟動(dòng)液壓站，油壓穩(wěn)定在10 MPa 后，利用Hydrocom 自帶的筆記本電腦調(diào)試程序，分別對(duì)進(jìn)口執(zhí)行機(jī)構(gòu)和國(guó)產(chǎn)閥室改造的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)作測(cè)試。在調(diào)試模式下，以1 min 周期計(jì)算，相同時(shí)間內(nèi)兩者動(dòng)作頻率相同，在液壓力作用下兩者壓下氣閥的聲音狀態(tài)相似，可以判定國(guó)產(chǎn)閥室與原系統(tǒng)匹配效果良好，控制系統(tǒng)傳輸正常，靜態(tài)動(dòng)作測(cè)試通過(guò)。

4.1.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)靜態(tài)泄漏測(cè)試

根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理，閥室不通電時(shí)，進(jìn)油通道和液壓油缸接通，此時(shí)若加載液壓站壓力，高壓油進(jìn)入油缸，液壓力推動(dòng)柱塞將卸荷叉壓下，閥片保持貼合在限制器表面，氣閥處于全開啟狀態(tài)。此時(shí)回油通道關(guān)閉，理論狀態(tài)下回油口不應(yīng)該有油漏出或漏量非常少，如果泄漏量過(guò)大，會(huì)直接影響閥室動(dòng)作的精準(zhǔn)度，同時(shí)也會(huì)增大油循環(huán)管路的溫度、增大油泵的負(fù)荷，因此泄漏測(cè)試可以直接判斷閥室的密封效果。將進(jìn)口閥室和國(guó)產(chǎn)改造閥室的回油管路拆開，回油口下各放一只量杯，啟動(dòng)液壓站，油壓穩(wěn)定在10 MPa 等待5 min 開始計(jì)時(shí)，觀察10 min 內(nèi)各自回油口的泄漏情況，10 min 后查看兩只量杯的漏油量，測(cè)試完成后發(fā)現(xiàn)，兩只量杯都沒(méi)有液壓油泄漏，即在工作壓力10 MPa 時(shí)兩者都可以做到滴油不漏，國(guó)產(chǎn)閥室靜態(tài)密封效果至少達(dá)到了和原進(jìn)口閥室相當(dāng)?shù)乃?，測(cè)試通過(guò)。

4.1.3 靜態(tài)測(cè)試結(jié)果和結(jié)論

進(jìn)口閥室和國(guó)產(chǎn)閥室主要技術(shù)參數(shù)和測(cè)試結(jié)果匯總見表1。

表1 國(guó)產(chǎn)閥室和進(jìn)口閥室靜態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)

4.2 壓縮機(jī)開機(jī)運(yùn)行下的動(dòng)態(tài)對(duì)比測(cè)試

2015 年12 月對(duì)國(guó)產(chǎn)化改造后的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)開機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，分別從調(diào)節(jié)范圍、調(diào)節(jié)精度、節(jié)能效果進(jìn)行了監(jiān)測(cè)：①通過(guò)20%～100%范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)測(cè)試，對(duì)比相同負(fù)荷下進(jìn)口閥室和國(guó)產(chǎn)閥室工作下的壓縮機(jī)流量；②對(duì)比改造前后主控變量出口壓力的趨勢(shì)線，測(cè)試調(diào)節(jié)精度；③對(duì)比相同負(fù)荷下兩者工作下的壓縮機(jī)電流值，測(cè)試節(jié)能差異。測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 國(guó)產(chǎn)閥室和進(jìn)口閥室動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)

4.3 運(yùn)行周期、維護(hù)費(fèi)用和周期對(duì)比

國(guó)產(chǎn)閥室靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)試通過(guò)后，2016 年1 月將國(guó)產(chǎn)化閥室組件改造的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)正式投用，使用至今狀態(tài)良好。運(yùn)行周期、維護(hù)費(fèi)用和周期對(duì)比見表3。

表3 國(guó)產(chǎn)閥室和進(jìn)口閥室運(yùn)行可靠性對(duì)比數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語(yǔ)

加氫處理裝置新氫壓縮機(jī)通過(guò)對(duì)進(jìn)口氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心部件執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥室組件進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造，并進(jìn)行了靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)試和投運(yùn)超過(guò)5 年的監(jiān)測(cè)驗(yàn)證，結(jié)果表明：國(guó)產(chǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥室可以直接替代進(jìn)口閥室，調(diào)節(jié)精度、調(diào)節(jié)范圍、兼容性要求完全可以滿足壓縮機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)要求，產(chǎn)品質(zhì)量和性能可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)費(fèi)用、供貨周期相比進(jìn)口閥室可以降低50%。供其他往復(fù)壓縮機(jī)組配置的進(jìn)口無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)配件國(guó)產(chǎn)化改造提供借鑒和參考。