空壓機系統運行優化研究

趙勇濤

摘 要：某油氣處理廠目前采用3臺英格索蘭SH150型空氣壓縮機，為處理廠提供儀表風和吹掃風，保證裝置運行的氣動能源。本文結合該油氣處理廠用空氣壓縮機在使用過程中出現的問題進行分析研究，提出解決方法，有助于提高空壓機的壽命，減少資源浪費，降低噪聲污染，提高工作效率，保證空壓機平穩運行。

關鍵詞：空壓機；系統運行；程序優化

中圖分類號： TH45 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）05-187-2

1 空壓機干燥塔程序優化與評價

某油氣處理廠空壓機出口干燥塔為IRD型無熱再生干燥塔，是按美國全國電氣制造商協會（NEMA）規定的10分鐘循環設計。其中干燥5分鐘，再生4分20秒，升壓30秒，降壓10秒。當干燥塔內與管道同壓的5分鐘期間，另一塔內的干燥劑再生，通過再生流量調節閥和再生壓力表的調節，約14%的出口干燥空氣被用來再生干燥劑。再生空氣進入再生塔后膨脹，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、設備維護周期縮短等問題。

1.1 問題發現與分析

由于干燥塔循環周期為10分鐘，在10分鐘里左右塔各干燥5分鐘。在一天運行時間里干燥塔要切換288次，導致干燥塔及其空壓機出現以下2個問題：

①在空壓機卸載時，由于干燥塔使用的是固態時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。

②在空壓機卸載時干燥塔繼續工作浪費干燥氣，造成壓縮空氣的不必要浪費，進而進一步造成加大空壓機的運行負荷，造成資源浪費。

1.2 程序優化

為有效節約能耗、控制維修成本，計劃對空壓機干燥塔進行技術改造，改造后干燥塔能夠實現以下功能：

①當空壓機加載時干燥塔能夠正常運行進行切換；

②當空壓機達到卸載壓力值卸載的同時，干燥塔停止運行，此時再生塔計時器停止計時并且關閉再生塔的排氣蝶閥使再生塔通過再生調節閥處管線升壓；

③當空壓機到達啟機壓力值空壓機啟機加載同時干燥塔開始運行，此時再生塔計時器恢復計時并且打開再生塔排氣蝶閥進行排氣并帶走再生塔內干燥塔內水分。

干燥塔系統運行優化方案如下：

①在空壓機干燥塔現有固態計時器EC-002410基礎上新增加1臺可編程的時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-再生運行。原有固態計時器EC-002410作為備用，正常運行時不參與控制。

②從空壓機機組內加載電磁閥內接出信號線進入到新增加的時間控制器內作為干燥塔的吸附、再生啟/停條件，實現加卸載與干燥塔啟/停同步。當空壓機卸載時干燥塔同時停機，兩塔狀態（再生/干燥）保持在停機時不變，控制程序暫停，再生塔的排氣蝶閥關閉；當空壓機加載時干燥塔同時啟動，兩塔控制程序結束暫停，繼續之前狀態運行。

1.3 結果與評價

經對干燥塔改造后，當空壓機加卸載時，干燥塔的運行狀態分別如圖2所示。

原空壓機加載7min，卸載3min。程序優化后加載7min，卸載7min。

改造前空壓機全天能耗：

（24×7/10）×150+（24×3/10）×40=2808kW·h

改造后空壓機全天能耗：

（24×7/14）×150+（24×7/14）×40=2280kW·h

全年節約電費：

（2808-2208）×365×0.62=13.6萬元

2 空壓機加卸載壓力優化與評價

2.1 問題發現與分析

空壓機目前運行狀況為加載壓力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。

主機設置卸載后15分鐘后不加載，主機?！，F工況下，主電機在卸載狀態不停止運行，造成主機空轉，浪費電能。

2.2 程序優化

空壓機的加載卸載頻率直接影響空壓機主機停機時間，通過設置主機停機程序，降低空壓機加載壓力，從而延長空壓機卸載時間，增長主電機停機時間，實現節能降耗的目的。并且保證空壓機正常工作，保障裝置儀表風用氣。

①通過優化主機啟停邏輯，可將卸載后主機停機時間提前；

考慮到主機運轉的緩沖期，及主機出廠參數設置范圍，故啟停邏輯設置為卸載后2min不加載，即停機。

②通過降低加載壓力設定值，延長空壓機卸載時間，減少主機頻繁啟停。

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

系統極限壓力為0.4MPa，為保證當空壓機故障時，儀表風系統維持時間大于設計值30min，由此可計算出加載壓力最小值：0.4+0.01×30=0.7MPa

為保證儀表風系統的安全系數，將加載壓力設置為0.72MPa。

2.3 結果與評價

通過此次改造，在空壓機卸載時主電機自動停止，節約了電能，后將加載壓力調整為0.72MPa，空壓機運行周期增長，將主電機啟停頻率降低，降低了對主電機的損耗。

原加載7min，卸載7min。現加載23min，卸載2min，主電機停27min。通過計算，空壓機運行中，加卸載及停機時間占運行周期的比例：優化前：加載時間50%，卸載時間50%； 優化后：加載時間44%，卸載時間4%，停機時間52%。

改造后仍然存在一些問題，水露點測試結果漲幅較大，原因在于改造后，由于空壓機卸載時再生閥關閉，干燥塔無法進行再生，需要定期對水露點進行測試。

3 結語

通過對空壓機系統運行進行優化，有助于減少資源浪費、降低能耗，單臺空壓機全年可節省28.3萬元。程序優化以來，機組運行平穩、水露點合格，驗證了該優化方案可行、技術可靠。該項系統優化在油田、在行業內有較大的推廣價值，且經濟效益明顯。

參 考 文 獻

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