余隙調(diào)節(jié)技術(shù)在干氣回收裝置壓縮機(jī)上的應(yīng)用

李 軍

（揚(yáng)州石化有限責(zé)任公司，江蘇揚(yáng)州 225200）

往復(fù)式壓縮機(jī)屬于容積式壓縮機(jī)，是使一定容積的氣體按順序吸入和排出封閉空間提高靜壓力的設(shè)備，在煉油化工等工業(yè)領(lǐng)域廣泛使用。往復(fù)式壓縮機(jī)的排氣量一般是根據(jù)裝置所需的最大容積流量來選擇，由于入口條件及工藝流程的改變，當(dāng)耗氣量小于壓縮機(jī)的排氣量時(shí)，便需要對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行氣量調(diào)節(jié)，以使壓縮機(jī)的排氣量適應(yīng)耗氣量的要求，使裝置壓力保持穩(wěn)定。揚(yáng)州石化有限責(zé)任公司干氣回收利用裝置實(shí)際負(fù)荷為設(shè)計(jì)負(fù)荷的70%～80%。富氣與貧氣壓縮機(jī)富余25%回流量，均采用旁路調(diào)節(jié)來滿足往復(fù)機(jī)正常運(yùn)行，系統(tǒng)能耗較高。為了節(jié)約能源，需通過增加余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)進(jìn)行氣量調(diào)節(jié)改造。

1 壓縮機(jī)組參數(shù)簡(jiǎn)介

干氣回收利用裝置有兩臺(tái)壓縮機(jī)，分別為貧氣壓縮機(jī)和富氣壓縮機(jī)，兩臺(tái)壓縮機(jī)均為無油設(shè)計(jì)，兩列對(duì)稱式平衡型活塞式壓縮機(jī)，電機(jī)與壓縮機(jī)通過剛性聯(lián)軸器直聯(lián)驅(qū)動(dòng)，貧氣壓縮機(jī)為一級(jí)壓縮，富氣壓縮機(jī)為兩級(jí)壓縮，兩臺(tái)壓縮機(jī)主要性能參數(shù)如表1所示。

表1 壓縮機(jī)主要性能參數(shù)

2 余隙存在的意義及余隙調(diào)節(jié)基本原理

為防止氣體壓縮后帶液形成液擊，以及壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中避免活塞與端蓋發(fā)生撞擊，壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)制造中氣缸都留有一定的余隙，余隙容積通常是氣缸容積的3%～8%。圖1圖2分別是存在余隙Vc 和Vc’的示意圖和示功圖。

圖1 存在余隙Vc的示意圖和示功圖

圖2 存在余隙Vc'的示意圖和示功圖

活塞在向右運(yùn)行過程中，由于余隙容積的氣體壓力大于氣缸進(jìn)氣壓力，活塞運(yùn)行到一定位置氣缸氣體膨脹壓力降低，低于進(jìn)氣壓力時(shí)才開始吸氣，余隙容積大氣缸進(jìn)氣量小，排氣量也相應(yīng)變小，活塞往復(fù)一個(gè)行程做功減小，壓縮機(jī)所需能耗降低。從圖1和圖2明顯看出Vc’大于Vc，活塞做功量1—2′—3—4′包圍的面積小于1—2—3—4包圍面積。

3 余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理

富氣與貧氣壓縮機(jī)氣缸為固定容積，壓縮負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定。無極余隙調(diào)節(jié)就是在氣缸兩側(cè)端蓋處增加輔助氣缸（余隙缸，見圖3），通過調(diào)節(jié)可調(diào)余隙活塞行程來改變?nèi)莘e大小，降低壓縮負(fù)荷。由余隙調(diào)節(jié)基本原理可知，余隙容積越大，壓縮負(fù)荷越小。

可調(diào)余隙活塞行程控制，通過液壓油缸內(nèi)液壓活塞左右兩側(cè)油壓變化，形成自右向左或自左向右推動(dòng)力；液壓活塞與余隙活塞同步，可控行程為60%～100%。100%行程時(shí)，余隙為0，余隙處于未投用狀態(tài)，壓縮負(fù)荷最大；60%為最大余隙，壓縮負(fù)荷最小。余隙調(diào)節(jié)最大降低壓縮機(jī)負(fù)荷40%。

液壓活塞左右兩側(cè)油壓通過油泵及蓄能器供能及液壓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，控制型號(hào)連入DCS系統(tǒng)，通過改變閥位信號(hào)調(diào)節(jié)余隙行程。

4 壓縮機(jī)余隙系統(tǒng)節(jié)能改造情況及運(yùn)行效果

干氣回收裝置處理量?jī)H為設(shè)計(jì)負(fù)荷的70%左右，為滿足貧氣壓縮機(jī)和富氣壓縮機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)行，節(jié)能改造前通過旁路流量調(diào)節(jié)，一部分流量從壓縮機(jī)出口通過進(jìn)出口旁路回到入口，補(bǔ)充入口量滿足壓縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，此調(diào)節(jié)手段簡(jiǎn)單可靠，但是壓縮機(jī)能耗高不節(jié)能。去年公司對(duì)兩臺(tái)壓縮機(jī)增加余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)節(jié)能改造，改造后壓縮機(jī)的氣量調(diào)節(jié)簡(jiǎn)化到僅需改變氣缸余隙位置，系統(tǒng)即自動(dòng)跟蹤并自動(dòng)調(diào)節(jié)，使壓縮機(jī)的控制更趨合理，取消工藝旁路調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)節(jié)能和平穩(wěn)控制。改造采用余隙無級(jí)調(diào)節(jié)方案，兩臺(tái)壓縮機(jī)共用一套控制系統(tǒng)方式，即共用儀表控制系統(tǒng)及液壓控制系統(tǒng)，兩臺(tái)壓縮機(jī)油缸分別單獨(dú)控制，通過液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)及DCS控制，實(shí)現(xiàn)貧氣壓縮機(jī)和富氣壓縮機(jī)60%～100%負(fù)荷的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入運(yùn)行近一年，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，壓縮機(jī)節(jié)能效果明顯，兩臺(tái)壓縮機(jī)在同等運(yùn)行工況下，電流下降160A。節(jié)能改造后壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)得到優(yōu)化改善。

4.1 降低壓縮機(jī)負(fù)荷

由表2可以看出，技術(shù)改造后，貧氣壓縮機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流由之前260A降至200A，同時(shí)壓縮機(jī)出口溫度也由之前58℃降至53℃，富氣壓縮機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流由之前285A降至185A，同時(shí)壓縮機(jī)出口溫度也由之前65℃降至57℃，因此說明兩臺(tái)壓縮負(fù)荷得到明顯降低。

4.2 裝置壓力穩(wěn)定

兩臺(tái)壓縮機(jī)出口壓力與之前相仿，且趨于穩(wěn)定（見表2），說明增加余隙后，系統(tǒng)壓力狀態(tài)未有改變，是確保安全平穩(wěn)運(yùn)行的前提。

表2 增加余隙調(diào)節(jié)前后運(yùn)行狀態(tài)對(duì)比表

4.3 減少壓縮機(jī)無用功損失

貧氣壓縮機(jī)及富氣壓縮機(jī)各富余25%回流量，均采用旁路調(diào)節(jié)來滿足往復(fù)機(jī)正常運(yùn)行。技改前，裝置系統(tǒng)負(fù)荷不高，吸入口壓力相對(duì)較低，在滿足壓縮比的前提下，需要用壓縮機(jī)出口壓力補(bǔ)充入口，從而形成無用功，造成流量損失。實(shí)現(xiàn)余隙調(diào)節(jié)后，吸入口壓縮得到穩(wěn)定，出口則相應(yīng)穩(wěn)定。貧氣壓縮機(jī)旁路補(bǔ)壓閥60%開度已經(jīng)全部關(guān)閉，富氣壓縮機(jī)因受到系統(tǒng)負(fù)荷及催化劑反應(yīng)效果多方面原因，入口量不高，仍需35%開度補(bǔ)壓（表2）。

4.4 降低振動(dòng)影響

壓縮機(jī)在壓縮的過程中形成往復(fù)運(yùn)動(dòng)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)對(duì)氣流造成脈沖，而脈沖的傳動(dòng)引起裝置內(nèi)振動(dòng)現(xiàn)象。在高負(fù)荷狀態(tài)下，振動(dòng)現(xiàn)象較為明顯，而在技改后，振動(dòng)現(xiàn)象得到明顯改善。

4.5 延長(zhǎng)維修周期

壓縮負(fù)荷降低后，氣閥、活塞、密封以及其他機(jī)組部件所承載負(fù)荷相應(yīng)降低，檢修周期自然得到延長(zhǎng)。

4.6 延長(zhǎng)膜組使用壽命

富氣壓縮機(jī)C8401余隙投用后，吸入口壓縮穩(wěn)定，出口則相應(yīng)穩(wěn)定。在此狀態(tài)下，入口無需補(bǔ)壓，壓縮機(jī)出口返入口回流線則處于關(guān)閉狀態(tài)。補(bǔ)壓在遇到壓縮機(jī)緊急停機(jī)狀況時(shí)，壓縮機(jī)后路系統(tǒng)壓力會(huì)返至入口，再倒穿入膜組，對(duì)膜形成沖擊力及反壓現(xiàn)象，從而損傷膜組。技改后，反壓現(xiàn)象將有效避免。

5 效益

5.1 貧氣壓縮機(jī)降低電耗

實(shí)際節(jié)約電耗=26.8萬kW·h×0.62元/kW·h=16.6萬元

5.2 富氣壓縮機(jī)降低電耗

實(shí)際節(jié)約電耗=22.3萬kW·h×0.62元/kW·h=13.8萬元

5.3 降低檢修費(fèi)用4萬元/a

5.4 環(huán)保效益

減少碳排放=（26.8+22.3）×104×0.836×103= 410.47t。

6 結(jié)束語

干氣回收利用裝置通過增加壓縮機(jī)余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。經(jīng)過對(duì)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算與分析，余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入運(yùn)行后，兩臺(tái)壓縮機(jī)可降低能耗30萬元/a，減少碳排放410t，同時(shí)設(shè)備運(yùn)行質(zhì)態(tài)及可靠性液得到明顯改善。