空壓機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化研究

趙勇濤

摘 要：某油氣處理廠目前采用3臺(tái)英格索蘭SH150型空氣壓縮機(jī)，為處理廠提供儀表風(fēng)和吹掃風(fēng)，保證裝置運(yùn)行的氣動(dòng)能源。本文結(jié)合該油氣處理廠用空氣壓縮機(jī)在使用過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析研究，提出解決方法，有助于提高空壓機(jī)的壽命，減少資源浪費(fèi)，降低噪聲污染，提高工作效率，保證空壓機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：空壓機(jī)；系統(tǒng)運(yùn)行；程序優(yōu)化

中圖分類號(hào)： TH45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2017）05-187-2

1 空壓機(jī)干燥塔程序優(yōu)化與評(píng)價(jià)

某油氣處理廠空壓機(jī)出口干燥塔為IRD型無熱再生干燥塔，是按美國全國電氣制造商協(xié)會(huì)（NEMA）規(guī)定的10分鐘循環(huán)設(shè)計(jì)。其中干燥5分鐘，再生4分20秒，升壓30秒，降壓10秒。當(dāng)干燥塔內(nèi)與管道同壓的5分鐘期間，另一塔內(nèi)的干燥劑再生，通過再生流量調(diào)節(jié)閥和再生壓力表的調(diào)節(jié)，約14%的出口干燥空氣被用來再生干燥劑。再生空氣進(jìn)入再生塔后膨脹，壓力突然降至大氣壓力，使含水干燥劑得以再生，干燥空氣流經(jīng)排氣閥將水分排出。

該干燥塔工作方式雖然原理簡單、操作方便，但存在耗電量高、蝶閥易損壞、設(shè)備維護(hù)周期縮短等問題。

1.1 問題發(fā)現(xiàn)與分析

由于干燥塔循環(huán)周期為10分鐘，在10分鐘里左右塔各干燥5分鐘。在一天運(yùn)行時(shí)間里干燥塔要切換288次，導(dǎo)致干燥塔及其空壓機(jī)出現(xiàn)以下2個(gè)問題：

①在空壓機(jī)卸載時(shí)，由于干燥塔使用的是固態(tài)時(shí)間控制器使其無法同步停止工作。造成干燥塔仍然再生造成大量干燥氣用作再生氣浪費(fèi)。

②在空壓機(jī)卸載時(shí)干燥塔繼續(xù)工作浪費(fèi)干燥氣，造成壓縮空氣的不必要浪費(fèi)，進(jìn)而進(jìn)一步造成加大空壓機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷，造成資源浪費(fèi)。

1.2 程序優(yōu)化

為有效節(jié)約能耗、控制維修成本，計(jì)劃對(duì)空壓機(jī)干燥塔進(jìn)行技術(shù)改造，改造后干燥塔能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：

①當(dāng)空壓機(jī)加載時(shí)干燥塔能夠正常運(yùn)行進(jìn)行切換；

②當(dāng)空壓機(jī)達(dá)到卸載壓力值卸載的同時(shí)，干燥塔停止運(yùn)行，此時(shí)再生塔計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)并且關(guān)閉再生塔的排氣蝶閥使再生塔通過再生調(diào)節(jié)閥處管線升壓；

③當(dāng)空壓機(jī)到達(dá)啟機(jī)壓力值空壓機(jī)啟機(jī)加載同時(shí)干燥塔開始運(yùn)行，此時(shí)再生塔計(jì)時(shí)器恢復(fù)計(jì)時(shí)并且打開再生塔排氣蝶閥進(jìn)行排氣并帶走再生塔內(nèi)干燥塔內(nèi)水分。

干燥塔系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化方案如下：

①在空壓機(jī)干燥塔現(xiàn)有固態(tài)計(jì)時(shí)器EC-002410基礎(chǔ)上新增加1臺(tái)可編程的時(shí)間控制器作為主控制器（可采用SIEMENS公司的S7-200控制器），控制干燥塔的吸附-再生運(yùn)行。原有固態(tài)計(jì)時(shí)器EC-002410作為備用，正常運(yùn)行時(shí)不參與控制。

②從空壓機(jī)機(jī)組內(nèi)加載電磁閥內(nèi)接出信號(hào)線進(jìn)入到新增加的時(shí)間控制器內(nèi)作為干燥塔的吸附、再生啟/停條件，實(shí)現(xiàn)加卸載與干燥塔啟/停同步。當(dāng)空壓機(jī)卸載時(shí)干燥塔同時(shí)停機(jī)，兩塔狀態(tài)（再生/干燥）保持在停機(jī)時(shí)不變，控制程序暫停，再生塔的排氣蝶閥關(guān)閉；當(dāng)空壓機(jī)加載時(shí)干燥塔同時(shí)啟動(dòng)，兩塔控制程序結(jié)束暫停，繼續(xù)之前狀態(tài)運(yùn)行。

1.3 結(jié)果與評(píng)價(jià)

經(jīng)對(duì)干燥塔改造后，當(dāng)空壓機(jī)加卸載時(shí)，干燥塔的運(yùn)行狀態(tài)分別如圖2所示。

原空壓機(jī)加載7min，卸載3min。程序優(yōu)化后加載7min，卸載7min。

改造前空壓機(jī)全天能耗：

（24×7/10）×150+（24×3/10）×40=2808kW·h

改造后空壓機(jī)全天能耗：

（24×7/14）×150+（24×7/14）×40=2280kW·h

全年節(jié)約電費(fèi)：

（2808-2208）×365×0.62=13.6萬元

2 空壓機(jī)加卸載壓力優(yōu)化與評(píng)價(jià)

2.1 問題發(fā)現(xiàn)與分析

空壓機(jī)目前運(yùn)行狀況為加載壓力0.78MPa，卸載壓力0.85MPa，加卸載周期為14分鐘，加載7分鐘，卸載7分鐘。

主機(jī)設(shè)置卸載后15分鐘后不加載，主機(jī)停。現(xiàn)工況下，主電機(jī)在卸載狀態(tài)不停止運(yùn)行，造成主機(jī)空轉(zhuǎn)，浪費(fèi)電能。

2.2 程序優(yōu)化

空壓機(jī)的加載卸載頻率直接影響空壓機(jī)主機(jī)停機(jī)時(shí)間，通過設(shè)置主機(jī)停機(jī)程序，降低空壓機(jī)加載壓力，從而延長空壓機(jī)卸載時(shí)間，增長主電機(jī)停機(jī)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。并且保證空壓機(jī)正常工作，保障裝置儀表風(fēng)用氣。

①通過優(yōu)化主機(jī)啟停邏輯，可將卸載后主機(jī)停機(jī)時(shí)間提前；

考慮到主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的緩沖期，及主機(jī)出廠參數(shù)設(shè)置范圍，故啟停邏輯設(shè)置為卸載后2min不加載，即停機(jī)。

②通過降低加載壓力設(shè)定值，延長空壓機(jī)卸載時(shí)間，減少主機(jī)頻繁啟停。

空壓機(jī)干燥塔程序優(yōu)化以后，加載壓力0.78MPa ，卸載壓力0.85MPa，卸載時(shí)間為7分鐘。系統(tǒng)平均下降速率約為：（0.85-0.78）/7=0.01MPa/min

系統(tǒng)極限壓力為0.4MPa，為保證當(dāng)空壓機(jī)故障時(shí)，儀表風(fēng)系統(tǒng)維持時(shí)間大于設(shè)計(jì)值30min，由此可計(jì)算出加載壓力最小值：0.4+0.01×30=0.7MPa

為保證儀表風(fēng)系統(tǒng)的安全系數(shù)，將加載壓力設(shè)置為0.72MPa。

2.3 結(jié)果與評(píng)價(jià)

通過此次改造，在空壓機(jī)卸載時(shí)主電機(jī)自動(dòng)停止，節(jié)約了電能，后將加載壓力調(diào)整為0.72MPa，空壓機(jī)運(yùn)行周期增長，將主電機(jī)啟停頻率降低，降低了對(duì)主電機(jī)的損耗。

原加載7min，卸載7min?，F(xiàn)加載23min，卸載2min，主電機(jī)停27min。通過計(jì)算，空壓機(jī)運(yùn)行中，加卸載及停機(jī)時(shí)間占運(yùn)行周期的比例：優(yōu)化前：加載時(shí)間50%，卸載時(shí)間50%； 優(yōu)化后：加載時(shí)間44%，卸載時(shí)間4%，停機(jī)時(shí)間52%。

改造后仍然存在一些問題，水露點(diǎn)測試結(jié)果漲幅較大，原因在于改造后，由于空壓機(jī)卸載時(shí)再生閥關(guān)閉，干燥塔無法進(jìn)行再生，需要定期對(duì)水露點(diǎn)進(jìn)行測試。

3 結(jié)語

通過對(duì)空壓機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化，有助于減少資源浪費(fèi)、降低能耗，單臺(tái)空壓機(jī)全年可節(jié)省28.3萬元。程序優(yōu)化以來，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)、水露點(diǎn)合格，驗(yàn)證了該優(yōu)化方案可行、技術(shù)可靠。該項(xiàng)系統(tǒng)優(yōu)化在油田、在行業(yè)內(nèi)有較大的推廣價(jià)值，且經(jīng)濟(jì)效益明顯。

參 考 文 獻(xiàn)

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