壓縮機氣量無級調節系統在連續重整裝置上的應用

姚 紅 左 鵬 景 曄

(中國石油天然氣股份有限公司錦州石化分公司)

壓縮機氣量無級調節系統在連續重整裝置上的應用

姚 紅*左 鵬 景 曄

(中國石油天然氣股份有限公司錦州石化分公司)

介紹了錦州石化連續重整裝置增壓機的現狀和存在的問題，闡述了壓縮機K-202的基本情況、氣量無級調節系統的工作原理、新舊控制方案的對比、系統基本配置和在K-202C上的使用效果，解決了蓄能器系統支架不穩、試運行過程中由于液壓油系統故障造成工藝條件大幅波動以及個別氣閥閥窩溫度過高產生倒氣等問題。

壓縮機 氣量無級調節 連續重整裝置

錦州石化公司連續重整裝置由中國石化工程建設公司SEI北京設計院設計[1]，采用UOP的超低壓連續重整反應工藝和UOP第三代Cyclemax再生工藝技術。該裝置于2005年首次開車，2011年進行了擴能改造，改造后裝置的處理能力由60萬t/a擴大到80萬t/a。原料來源為蒸餾車間的直餾石腦油、加氫處理過的焦化汽油、加氫改質石腦油和加氫裂化重石腦油。主要產品為高辛烷值汽油、C6組分，并副產氫氣及液化氣。

1 工藝流程

連續重整裝置具體可分為4部分：原料預處理、催化重整、產品分離和催化劑再生。其中催化重整部分為核心反應。重整反應在增加精制油芳烴含量的同時會產生大量的氫氣，這就要對產物作進一步處理，分離成氫氣、輕烴和重整油。

因重整反應壓力較低，在低壓下產物氣液平衡，分離罐分離出的氣體中會有大量的輕烴，既降低了氫氣的純度又減少了重整油的收率。故需設置再接觸系統增壓冷卻，使含氫氣體中輕烴溶解在油中，也使產出的氫氣達到壓力并入氫氣管網之中[2]。

本系統再接觸流程如圖1所示。

圖1 重整反應后再接觸流程示意圖

重整反應生成的氫氣進入分離罐D-217，D-217頂部出的氫氣經壓縮機K-202一級壓縮，再經空冷A-203，水冷E-203，冷卻后進入D-202(1#再接觸罐)。D-202頂部出的氫氣經壓縮機K-202二級壓縮，再經空冷A-204，換熱器E-205，氨冷凍E-206，冷卻后進入D-203(2#再接觸罐)。D-203頂部出的氫氣經D-204脫氯罐脫氯后出裝置。

本次加設氣量無級調節系統的壓縮機即為K-202C。K-202有A、B、C3臺，正常情況下兩開一備。因裝置所需的氫氣量為一臺壓縮機滿負荷，另一臺開額定負荷的50%～80%，而在原控制系統下兩臺壓縮機均滿負荷運行，多余的氫氣必須通過旁路控制閥返回壓縮機入口前，造成壓縮機能耗浪費。所以有必要加設氣量無級調節系統，實現0%～100%負荷無級調節，提高節能水平和經濟效益。

2 無級氣量調節系統

2.1壓縮機K-202基本情況

K-202壓縮機為重整氫增壓機[3]，型號4M40-151/2.3-6.9-69/5.9-15.5-BX ，M形對動平衡式結構，由沈陽氣體壓縮機股份有限公司設計制造，其基本參數如下：

列數 4

壓縮級數 2

氣缸潤滑方式 少量機油

電動機額定功率 2 100kW

電動機額定電壓 6kV

電動機額定電流 239A

軸功率 1 890kW

曲軸轉速 300r/min

一段排氣量 25 459Nm3/h

二段排氣量 26 427Nm3/h

一級入口壓力 0.23MPa

一級出口壓力 0.69MPa

二級入口壓力 0.59MPa

二級出口壓力 1.55MPa

2.2氣量無級調節系統工作原理

本次加設的氣量無級調節系統(英文名稱HydroCOM)是賀爾碧格公司專門為往復式壓縮機開發的液壓式氣量無級調節系統，能實現壓縮機氣量在0%～100%范圍內無級調節。無級氣量調節系統的目的是要讓壓縮機壓縮正好需要的氣量。吸氣時活塞向右運動，進氣閥被氫氣頂開，氫氣流入腔中。活塞向左運動時，氫氣壓縮，進氣閥關死，到一定壓力排氣閥打開，被壓縮氫氣流出，完成一個循環。現應用回流省功原理，當活塞向左運動時，進氣閥不關閉，而是在卸荷器作用下保持全開狀態，使一部分氫氣又流回進氣罐中(這部分氫氣即為原來多壓縮的氣量，現不被壓縮)，之后將進氣閥關死，完成正常的壓縮排氣過程。HydroCOM系統就是能讓進氣閥延遲關閉的系統[4]。

HydroCOM有高度集成的電子控制系統，能夠完全嵌入到裝置現有的DCS系統中。現場由電子液壓執行機構和進氣閥卸荷器根據4～20mA的控制信號延遲進氣閥關閉的時間來調節每個活塞行程所壓縮的氣量。DCS中的PI調節器根據實際負荷需求計算出控制信號并傳送給CIU(中間接口單元)，CIU把4～20mA的控制信號轉換成電子指令傳送給執行機構。執行機構完成上述在適當時間開啟、關閉進氣閥的動作。裝備了氣量無級調節系統后，壓縮機只對實際需要的氣量進行壓縮，能夠最大限度地節約資源。

2.3新舊控制方案對比

在裝備氣量無級調節系統前，氣量調節主要通過旁路閥來實現。控制方案如圖2所示。經K-202一段壓縮后的氫氣在D-202后通過PV2002A/B可回流至D201前。經K-202二段壓縮后的氫氣在D-203后通過PV2003可回流至D-202前。如此可實現壓縮多余的氫氣流回，達到穩壓的目的。

圖2 原控制方案

增加氣量無級調節系統后的控制方案如圖3所示，新控制方案并未取消旁路閥。因為出于對進氣溫度的考慮，HydroCOM壓縮機最低負荷不可低于30%。如想壓縮低于30%的氣量，要用壓縮機壓縮30%的氣量，再通過旁路閥流回多余氣量。現實際出于對生產調節的考慮，負荷在80%左右，而旁路閥并未完全關閉，有20%左右的開度，若將旁路閥20%開度關閉會進一步節能。

圖3 新控制方案

2.4氣量無極調節系統基本組成

圖4為氣量無級調節系統的基本組成。

圖4 HydroCOM系統的基本組成

由圖4可以看出氣量無級調節系統主要由以下幾部分組成：

a. CIU中間接口單元，CIU是執行機構、上死點傳感器和DCS系統之間的接口，由CIU連接協調整個HydroCOM系統和DCS系統，作為信號交流紐帶。

b. 直流48V供電電源(EPS)，EPS負責給執行機構提供48V直流電源。

c. 液壓油站(HU)，HU向執行機構提供驅動壓縮機氣閥動作的液壓動力。

d. 隔離放大器[5](IA)，IA用于隔離危險區域和安全區域，把現場信號轉化為到安全區域的晶體管輸出。

e. 上死點傳感器(TDC)，TDC同步測量曲軸的旋轉，經過推算，能實時提供活塞在氣缸中的即時位置給CIU，執行機構據此來控制進氣閥的開啟和閉合時間，TDC也能測量壓縮機的轉速。

執行機構(Actuator，圖5)從CIU接收指令驅動進氣閥卸荷器，通過控制卸荷器來控制進氣閥的開啟與閉合(圖6)。執行機構由外部電源供電，液壓油站供油。

壓縮機的每一個進氣閥都裝配一個執行機構，由外部電源提供 48V供電源，由液壓油站提供液壓油。CIU通過數據總線將進氣閥開啟或關閉的信息傳輸給這些執行機構。CIU通過上死點傳感器和一個隔離放大器與壓縮機轉速保持同步。CIU通過接收DCS系統的4～20mA的信號，獲知每級需要的氣量。CIU反饋每個進氣閥的閥窩溫度，再以4～20mA信號的方式傳輸給DCS。信號也可通過Modbus接口轉換給DCS。

圖5 HydroCOM執行機構

圖6 HydroCOM執行機構控制組成

2.5氣量無極調節系統投用聯鎖情況

如圖7所示，當壓縮機電機運行、液壓油站電機運行且氣量調節負荷大于0%這3個條件同時滿足時CIU可以投用。

在維護旁路運行的情況下，當發生：CIU投用且錯誤時；液壓油站電機運行且壓力低低報警時；液壓油站液位低時或液壓油站溫度高高報警時(目前此聯鎖摘除)聯鎖停液壓油站電機。一旦出現問題聯鎖停液壓油站電機后，HydroCOM系統切除，旁路閥接手壓縮機的氣量調節。

3 氣量無級調節系統的應用狀況

本系統投用后，連續重整裝置在進料量91t/h的工況下，壓縮機負荷為80%，節能效果明顯：按負荷80%，電流165A計算，每小時節電320kW·h，每年節電187.86萬元，經濟效益十分可觀。而且如果旁路閥全關，還將有更大經濟效益。

K-202C壓縮機裝備了氣量無級調節系統之后，可以實現壓縮機30%～100%負荷范圍內的無級調節，達到了平穩過渡。因為減少了無謂做功，也使得排氣閥壽命有所提高，從而降低了維修成本。在系統出故障時可自動切除，壓縮機變為100%負荷，原旁路調節方式接手氣量調節任務。另外，開停機也更加簡便，提高了壓縮機的可靠性和安全性。

圖7 氣量無極調節系統

針對蓄能器系統支架固定不穩的改進措施為[6]：變更施工方案，加設部分鋼梁及更換蓄能器支架型鋼，以確保蓄能器支架穩固。

試運行過程中，由于液壓油系統有故障[7]，在切除油站的過程中，機組負荷并未按計劃情況維持100%負荷，而是瞬間降至0負荷，10s后自動恢復至100%負荷，造成工藝條件大幅波動。相應的改進措施為：將聯鎖邏輯中“液壓油站電機運行”后增加60s延時，確保在液壓油站故障時把殘余的液壓油油壓泄完后再將CIU切除，以實現機組負荷穩定。

針對個別氣閥閥窩溫度過高，存在倒氣現象的對策為：在適當時機拆裝檢修，并準備相關備件。

4 結束語

在對4M40壓縮機進行氣量無級調節系統的改造后，系統自2013年11月初投用以來，表現良好，壓縮機運行狀態更加平穩。改造可實現壓縮機負荷30%～100%無級調節，節能效果明顯，亦可為壓縮機長周期穩定運行提供有效保障，年節約近200萬元，而且還有提升空間。

[1] 張方方.連續重整裝置的能耗淺析[J].石油煉制與化工,2008, 39(5):67～70.

[2] 趙仁殿. 催化重整工藝技術的選擇[J].催化重整通訊，1999，(1)：1～6.

[3] 鮑永忠,方宏昌.重整氫增壓機過程/防喘振控制問題的分析與處理[J].石油化工設計,2012,29(1):22～25.

[4] 梁涌.往復壓縮機氣量無級調節系統的原理及應用[J].壓縮機技術,2007,(3):13～17.

[5] 趙希才.隔離放大器及其應用[J].電子技術及應用,2000,26(3)：70～72.

[6] 張路軍,李繼志,顧心懌，等.蓄能器類型及應用綜述[J].機床與液壓,2001,(6):5～7.

[7] 陳亮.液壓油在液壓系統中引起的故障原因及排除方法[J].黑龍江交通科技,2010,33(8):182～183.

TQ051.21

B

0254-6094(2016)01-0107-05

*姚 紅，男，1981年3月生，工程師。遼寧省錦州市，121000。

2015-04-20，

2015-05-20)