往復(fù)式壓縮機(jī)余隙氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)

1、 九江大安自控工程有限公司九江大安自控工程有限公司目錄目錄前言前言活塞式壓縮機(jī)余隙容積與排氣量、功率的關(guān)系活塞式壓縮機(jī)余隙容積與排氣量、功率的關(guān)系余隙無級調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)原理余隙無級調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)原理1234可調(diào)余隙調(diào)節(jié)原理、調(diào)節(jié)范圍及應(yīng)用范圍可調(diào)余隙調(diào)節(jié)原理、調(diào)節(jié)范圍及應(yīng)用范圍余隙無級調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)組成及控制系統(tǒng)余隙無級調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)組成及控制系統(tǒng)5成功案例成功案例6結(jié)論結(jié)論7節(jié)能效果節(jié)能效果前前 言言前言 煉油化工裝置加工工藝所需活塞式壓縮機(jī)的氣量一般根據(jù)裝置最大所需氣量或近期裝置可能擴(kuò)容所需的流量來選擇壓縮機(jī)，同時據(jù)API618要求活塞式壓縮機(jī)設(shè)計時氣量還要按正偏差（3%5%以內(nèi)，分子量小的選

2、大值）來確定，再加上裝置負(fù)荷變化、入口條件改變等因素，活塞式壓縮機(jī)氣量大都有較大的富余量。為了滿足煉油化工生產(chǎn)需要都要進(jìn)行氣量調(diào)節(jié)。 傳統(tǒng)的氣量調(diào)節(jié)方法有頂開氣閥、固定余隙調(diào)節(jié)以及旁路調(diào)節(jié)共同使用。通過我們實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，長期頂開氣閥不利于活塞式壓縮機(jī)長周期運行；通過對壓縮機(jī)的標(biāo)定發(fā)現(xiàn)，固定余隙調(diào)節(jié)對耗功沒有達(dá)到減少排氣量與減少能耗成正比例的變化，降耗不明顯。且上述兩種方式不是無級的，所以活塞式壓縮機(jī)氣量調(diào)節(jié)大都用旁路調(diào)節(jié)，這就導(dǎo)致壓縮機(jī)氣量與指示功不成正比，壓縮機(jī)功耗高。前言u 目前，部分行程壓開吸氣閥調(diào)節(jié)是調(diào)節(jié)范圍大、節(jié)能效果比較好的一種目前，部分行程壓開吸氣閥調(diào)節(jié)是調(diào)節(jié)范圍大、節(jié)能效果比

3、較好的一種方式。方式。 部分行程壓開吸氣閥調(diào)節(jié)是通過控制壓縮過程中吸氣閥的關(guān)閉時刻，控部分行程壓開吸氣閥調(diào)節(jié)是通過控制壓縮過程中吸氣閥的關(guān)閉時刻，控制返回進(jìn)氣管道氣量的多少，從而實現(xiàn)排氣量的連續(xù)調(diào)節(jié)，雖然氣流進(jìn)制返回進(jìn)氣管道氣量的多少，從而實現(xiàn)排氣量的連續(xù)調(diào)節(jié)，雖然氣流進(jìn)出吸氣閥會有出吸氣閥會有5%5%左右的阻力損失，由于指示功幾乎與排氣量成正比，所左右的阻力損失，由于指示功幾乎與排氣量成正比，所以還有很高的運行經(jīng)濟(jì)性。以還有很高的運行經(jīng)濟(jì)性。 此種方式可以實現(xiàn)氣量此種方式可以實現(xiàn)氣量2020100%100%的無級調(diào)節(jié)，但由于壓開吸氣閥的時間的無級調(diào)節(jié)，但由于壓開吸氣閥的時間有精確要求，執(zhí)行機(jī)

4、構(gòu)是高速運動部件，所以對控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求高、有精確要求，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是高速運動部件，所以對控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求高、投資很高。投資很高。u 九江大安自控工程有限公司采用武漢理工大學(xué)九江大安自控工程有限公司采用武漢理工大學(xué)活塞往復(fù)式壓縮機(jī)余隙活塞往復(fù)式壓縮機(jī)余隙無級調(diào)節(jié)裝置無級調(diào)節(jié)裝置專利技術(shù)并成功實現(xiàn)了該技術(shù)工廠化應(yīng)用，我們以中石專利技術(shù)并成功實現(xiàn)了該技術(shù)工廠化應(yīng)用，我們以中石化荊門分公司兩臺不同工況的往復(fù)壓縮機(jī)上應(yīng)用此項技術(shù)，結(jié)果表明節(jié)化荊門分公司兩臺不同工況的往復(fù)壓縮機(jī)上應(yīng)用此項技術(shù)，結(jié)果表明節(jié)電效果很顯著。電效果很顯著。活塞式壓縮機(jī)余隙容積與活塞式壓縮機(jī)余隙容積與排氣量、功率的關(guān)系排氣量、功率

5、的關(guān)系活塞式壓縮機(jī)余隙容積與排氣量、功率的關(guān)系活塞式壓縮機(jī)余隙容積與排氣量、功率的關(guān)系由于活塞式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)、制造、裝配、運轉(zhuǎn)等方面的需要，氣缸中某些部位留有一由于活塞式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)、制造、裝配、運轉(zhuǎn)等方面的需要，氣缸中某些部位留有一定的空間或間隙，這部分空間或間隙稱為余隙容積。如圖定的空間或間隙，這部分空間或間隙稱為余隙容積。如圖1 1中的中的VcVc。圖1 存在余隙Vc的示意圖和示功圖 圖2 存在余隙Vc的示意圖和示功圖圖1為壓縮機(jī)存在余隙Vc的示意圖和理想氣體示功圖。圖中，橫坐標(biāo)V表示氣缸容積變化，縱坐標(biāo)P表示氣缸壓力變化，P1、P2分別是進(jìn)、排氣壓力。u 在圖1中，1234表示存在余隙容積

6、Vc時全排氣量的循環(huán)圖。由于有余隙容積Vc的存在，使工作活塞在右行之初，因留存在余隙容積Vc內(nèi)的氣體壓力大于進(jìn)氣管道的壓力而不能吸入氣體，直到活塞右行到位置4時，氣缸內(nèi)氣體體積由Vc膨脹到V4、壓力由P2下降到P1時才開始進(jìn)氣。進(jìn)氣量相應(yīng)的線段長度為41，壓縮過程為12，排氣過程為23，膨脹過程為34。12341包圍的面積即為一個往復(fù)行程需要的功。u 如果在余隙容積Vc基礎(chǔ)上再增加余隙容積到Vc，示功圖如圖2示意。排氣量和所需要的能耗均減小。u 通過調(diào)節(jié)余隙容積的大小，可以達(dá)到調(diào)節(jié)氣量和減少功耗的目地。活塞式壓縮機(jī)余隙容積與排氣量、功率的關(guān)系活塞式壓縮機(jī)余隙容積與排氣量、功率的關(guān)系余隙無級調(diào)節(jié)

7、裝置的結(jié)構(gòu)原理余隙無級調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)原理余隙無級調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)原理 余隙自動無級調(diào)節(jié)裝置是在固定余隙調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，將固定余隙改變成余隙容積連續(xù)可調(diào)的調(diào)節(jié)方法，取消控制輔助余隙腔與氣缸之間連接的余隙閥，可調(diào)余隙缸與外側(cè)氣缸直接相通，進(jìn)出余隙缸的氣體幾乎沒有阻力損失。 余隙自動無級調(diào)節(jié)由智能控制系統(tǒng)控制,實現(xiàn)對氣量自動實時的控制。可調(diào)余隙調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)見圖1。圖2為外側(cè)氣缸可調(diào)余隙調(diào)節(jié)的示意圖和理想氣體示功圖。余隙無級調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)原理圖1可調(diào)余隙調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)示意圖余隙無級調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)原理當(dāng)需要減少排氣量時，可以增加余隙容積到Vc，此時功率循環(huán)圖為1234。進(jìn)氣量由全進(jìn)氣量相應(yīng)的線段長度41減少到

8、線段長度41，壓縮過程按12進(jìn)行，壓縮過程活塞力的增加速率小于余隙容積為Vc時的速率，排氣量由相應(yīng)的全排氣量線段23減少到線段23。由于沒有額外的阻力，在34膨脹循環(huán)過程中，氣體對壓縮機(jī)活塞作功，減輕了曲軸連桿的負(fù)載。當(dāng)需要外側(cè)氣缸零排氣量時，可以增加余隙容積到Vc”，此時，余隙容積Vc”中留存的高壓氣體膨脹到吸氣行程Vs終止，膨脹線和壓縮線合二為一，如圖中過程線1334”所示。對雙作用氣缸來說，采用比較普通的電液控制設(shè)施，通過控制余隙活塞的位置就可實現(xiàn)壓縮機(jī)排氣量50%100%范圍無級調(diào)節(jié)。外側(cè)氣缸可調(diào)余隙調(diào)節(jié)的示意圖和理想氣體示功圖外側(cè)氣缸可調(diào)余隙調(diào)節(jié)的示意圖和理想氣體示功圖圖5 可調(diào)余隙

9、調(diào)節(jié)的示意圖和示功圖余隙無級調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)組成及控制系統(tǒng)余隙無級調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)組成及控制系統(tǒng)余隙無級調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)組成及控制系統(tǒng) 余隙自動無級調(diào)節(jié)裝置主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液壓油站（包含油箱、油泵和伺服閥等）和控制系統(tǒng)等組成，見圖3。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)由余隙缸、余隙活塞以及液壓缸等組成，取代原有的缸蓋、余隙閥和氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于余隙缸的直徑僅略小于氣缸直徑，直接與氣缸相通，所以進(jìn)出余隙缸的氣體幾乎沒有阻力損失。 新增的控制系統(tǒng)可以根據(jù)主控變量或通過手動給定參數(shù)，通過可編程控制器(PLC)、伺服閥、位移傳感器、伺服油缸組成的電液位置控制系統(tǒng)，使余隙缸活塞按輸入信號作直線位移，從而實現(xiàn)各級余隙容積變化的伺服控制，最終

10、實現(xiàn)壓縮機(jī)排氣量和級間壓縮比的控制。油站電動齒輪泵間歇運行，運行時間只占停泵時間的1/20，所以控制系統(tǒng)的耗能很低。余隙無級調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)組成及控制系統(tǒng)圖3 可調(diào)余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置圖節(jié)能效果節(jié)能效果節(jié)能效果5.1、荊門分公司荊門分公司制氫裝置壓縮機(jī)節(jié)電效果 我們對制氫裝置壓縮機(jī)采用余隙自動無級調(diào)節(jié)裝置改造后進(jìn)行標(biāo)定。采集的多工況下工藝參數(shù)及功率消耗數(shù)據(jù)如下表所示。工工況況一級余隙一級余隙活塞位置活塞位置（）（）頂開氣閥頂開氣閥載荷載荷（）（）額定排額定排氣量氣量（）（）一級入口一級入口壓力壓力(MPa)(MPa)二級入口二級入口壓力壓力(MPa)(MPa)二級出口二級出口壓力壓力(MPa)(M

11、Pa)功率功率(kW)(kW)1100000.1680.1690.1753 210050480.1640.7742.0822331001001000.1620.6312.0639847510090.50.1640.6482.01350 550100810.1630.6632.08305 62510071.50.1710.6622.0627070100620.1820.6702.08245 上表中：一級余隙活塞位置從100%到0%表示可調(diào)余隙由0增加到最大；頂開氣閥載荷表示由頂開氣閥改變壓縮機(jī)排氣量；功率是電動機(jī)消耗功率，是通過標(biāo)定電動機(jī)的電流、電壓和功率因數(shù)計算所得。節(jié)能效果表中的工況1是壓縮

12、機(jī)空載狀況；工況2是通過完全頂開氣缸一側(cè)氣閥的狀況；工況3是全負(fù)荷；工況47是通過調(diào)節(jié)余隙改變排氣量的數(shù)據(jù)。將上表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即可做出增設(shè)余隙自動無級調(diào)節(jié)裝置的制氫裝置壓縮機(jī)的流量-功率的曲線，如圖4所示。圖中虛線是壓開吸氣閥的流量功率曲線，粗實線是通過可調(diào)余隙來調(diào)節(jié)壓縮機(jī)氣量的流量-功率曲線。在粗實線與虛線之間的斜線是利用調(diào)節(jié)余隙可節(jié)省的功耗。從圖5可以看出，調(diào)節(jié)余隙所節(jié)省的功率是非常明顯的。當(dāng)壓縮機(jī)的排氣量只有額定排氣量的62%時，功耗只有額定排氣量的61%，減少功耗153 kW。說明：標(biāo)定可能存在一定的誤差。節(jié)能效果圖4 可調(diào)余隙調(diào)節(jié)的制氫裝置壓縮機(jī)的流量-功率曲線節(jié)能效果5.2荊

13、門分公司潤滑油改質(zhì)裝置壓縮機(jī)節(jié)電效果 從下表可以看出，壓縮機(jī)入口狀態(tài)負(fù)荷從100%調(diào)節(jié)到70%時，壓縮機(jī)功耗從948.74kw下降到787.38kw，在壓縮機(jī)入口狀態(tài)負(fù)荷80%85%之間，可減少功耗71105kw之間。按照新氫一、二、三級排氣量以及循環(huán)氫軸功率比例計算，新氫壓縮機(jī)排氣量與軸功率接近正比例的關(guān)系。未設(shè)可調(diào)余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)前，壓縮機(jī)排量從100%調(diào)節(jié)到70%只能依靠旁路調(diào)節(jié)，功耗是相同的。 因受生產(chǎn)工藝的制約，我們未能將壓縮機(jī)負(fù)荷標(biāo)定到最小負(fù)荷（即最大余隙狀態(tài)）。節(jié)能效果負(fù)荷壓力(MPa)流量（NM3/h）總功率(kw)減少總功率(kw)1級入口1級出口2級入口2級出口3級入口3級出口

14、1、2級3級700.862.092.084.995.1711.5330005600787.4 161.4 750.882.152.145.045.211.7233005900806.7 142.0 800.872.152.115.065.2211.7634806080843.6 105.2 850.852.112.115.045.1911.9337006300877.7 71.1 900.832.092.095.045.1911.9840006600902.7 46.0 950.812.092.085.085.2312.142006800932.9 15.8 1000.82.062.065.1

15、55.312.1345007100948.7 0.0 成功案例成功案例成功案例成功案例目前，投用荊門分公司的制氫裝置壓縮機(jī)和潤滑油加氫改質(zhì)裝置壓縮機(jī)主要技術(shù)參數(shù)及調(diào)節(jié)范圍分別見表1、表2。成功案例成功案例 投用余隙調(diào)節(jié)的壓縮機(jī)還有中石油錦西分公司加氫改質(zhì)裝置K1102A/B/C壓縮機(jī)和中石化中石化湛江東興石油化工有限公司60萬噸/年汽油加氫裝置C32201A壓縮機(jī)。結(jié)論結(jié)論結(jié)論壓縮機(jī)余隙調(diào)節(jié)有如下特點：氣量調(diào)節(jié)靈活、精確。因為調(diào)節(jié)氣量是通過調(diào)節(jié)余隙活塞的位置實現(xiàn)的，是目前電液調(diào)節(jié)的成熟技術(shù)，調(diào)節(jié)精度可以達(dá)到2；節(jié)電效果明顯。從標(biāo)定數(shù)據(jù)看，排氣量與功耗接近成正比。從減少通過進(jìn)氣閥氣量減少阻力損失角度，節(jié)能效果應(yīng)該優(yōu)于部分行程頂開吸氣閥調(diào)節(jié)方式；調(diào)節(jié)信號能進(jìn)DCS，能實現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)，也可實現(xiàn)閉環(huán)自動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)控制方式設(shè)置靈活；對多級壓縮機(jī)，還能適當(dāng)調(diào)節(jié)各級壓縮比和出口壓力；增加余隙改變了壓縮機(jī)壓縮和膨脹