HydroCOM 無極氣量調節系統在往復式壓縮機上應用研究

高莉莉

摘要： 本文針對于往復式壓縮機節能設計的無級氣量調節系統（HydroCOM），簡單敘述其結構和原理，對在運行中存在的故障問題進行了查找、分析，經過改造措施的落實和實際生產運行的考驗，無級氣量調節系統在渣油加氫往復壓縮機上應用后，機組運行穩定，提高了自動化控制程度，滿足了生產的要求。

Abstract： This paper aimed at HydroCOM stepless gas regulating system for energy-saving design of reciprocating compressor， simply described the structure and principle， and found out and analyzed problems existing in the operation. Through the implementation of measures and the actual production operation test， while this system is applied in residue hydrogenation reciprocating compressor， the unit operates stably， which can improve the degree of automation control， and meet the production requirements.

關鍵詞： 無級氣量調節；往復式壓縮機；應用分析；節能計算

Key words： stepless gas volume regulation；reciprocating compressor；application analysis；energy saving calculation

中圖分類號：TH45 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）20-0220-02

0 引言

往復式壓縮機作為一種容積式壓縮機，包括用于存裝氣體的氣缸和用于壓縮氣體的活塞，在氣缸上裝有閥門可以控制進氣和排氣，當活塞進行往復運動時，氣缸的容積按照一定規律變化，并在氣閥的作用下，吸進、壓縮和排出氣體。往復式壓縮機的指示功耗與實際容積流量成正比，因此氣量無極調速系統能夠最大程度地節約能耗，壓縮機的流量控制回路是在DCS系統中完成的，控制變量和控制參數選取一反一流量。所有聯鎖保護系統均通過DCS系統實現。HydorCOM系統自帶進氣閥蓋溫度檢測裝置，閥蓋上的執行元件中裝有溫度探頭，通訊協議采用Mdobls 協議，CIU 作為從設備，DCS 發起通訊請求，回路串有中繼器，實現CIU控制系統和 CS 系統通訊。

長嶺分公司加氫裝置共有兩臺新氫壓縮機（C102A/B）采取一開一備方式，分三級壓縮機，出口壓力高達18.5MPa，由于設計或者制造原因，機組富余量非常大，目前機組70%的負荷就能滿足裝置進料滿負荷的運行，而機組受原始設計只能將至86.5%的負荷狀態控制，存在非常大的功率浪費，急需一種節能技術來解決該問題。基于上述情況，在專業人員學習交流、討論調研、分析計算、審核審批后，決定引進賀爾碧格公司設計的無級氣量調節系統（HydroCOM）技術，對渣油加氫新氫壓縮機C102A往復式壓縮機進行改造、實施，取得非常明顯的節能效果。

1 HydroCOM系統的工作原理

針對往復式壓縮機設計的高度集成的電子控制系統HydroCOM系統，能滿足0～100%范圍內全程無級調節壓縮機排氣量的應用需要。它能嵌入工廠的DCS系統中使用。液壓驅動的執行元件基于4～20mA控制信號對進氣閥延遲關閉的時間進行準確操控，進而實現對各個行程所需壓縮氣量的調控。工廠DCS內置的PI控制器能夠基于實際負荷得到4～20mA控制信號，并將其輸送至CIU中進行信號轉換，然后以電子指令的形式對執行機構實施操控。在初始壓縮行程中，進氣閥在卸荷器的作用下全開，使得氣缸中的氣體未經壓縮就回流到進氣腔內，然后進氣閥響應操控指令正常關閉，氣缸里中的氣體受到壓縮，到達排氣壓力排出氣缸裝備了HydroCOM系統后，壓縮機只壓縮實際需要的氣量，以進一步節省能源。

2 無級氣量調節系統改造、調試、運行分析

HydroCOM自動控制系統在工作負荷達不到30%的工況下，壓縮機C102A的HydroCOM系統仍會以30%的負荷率持續運行，旁通閥可自動增大開度來調節多余的氣量。在工作負荷超過30%的工況下，旁通閥關閉，由HydroCOM系統獨自進行負荷調節。HydroCOM系統突發故障后，系統會自動響應切除指令，旁通閥自動接收控制器信號，使C102A壓縮機重新回到100%滿負荷工況，旁通閥自動增大開度來調節多余的氣量。壓縮機一級的主控變量為：壓縮機的入口緩沖罐和出口壓力的低選控制信號。通過壓力PI控制器保持進、排氣壓力的穩定。壓縮機二級的主控變量是：壓縮機的二級入口壓力。通過壓力PI控制器保持入口壓力的穩定。壓縮機三級的主控變量是：壓縮機的三級入口壓力。通過壓力PI控制器保持入口壓力的穩定。

由于把HydroCOM系統嵌入到原有控制系統和人機界面是有可能的。所以，現有控制程序沒有改變使用原有控制變量和控制信號。HydroCOM的控制只是把之前旁通閥原有的控制信號，通過DCS組態分程把信號分為兩個，一個給旁通回流閥，另一個給HydroCOM系統。機組的無級氣量調節系統改造節能效果很好，但在改造、調試及運行過程中，也遇到了各種各樣的問題，甚至有些問題是廠家專業人員都未遇到過的，現就其中幾個關鍵問題列舉如下：

2.1 相位監測失靈 渣油加氫C102A無級氣量調節系統投用3個月后，控制油站動力油泵突然跳停，導致一、二、三級負荷自動切換至100%負荷運行，控制系統失效，機柜間出現“上死點相位信息捕捉丟失”的報警，再次投用后故障和報警依舊。

2.2 控制系統瞬間失控的問題 渣油加氫新氫機C102A無級氣量調節系統同時控制一、二和三級的吸氣閥，均有液壓油站提供的液壓油控制，系統投用3個月后，當切出無級氣量調節系統，機組按原有100%負荷狀態運行時，液壓油站動力油泵泵突然跳停，壓縮機一級負荷瞬間回零，二、三級負荷保持100%，導致二、三級壓縮比迅速上升，壓縮機一級進氣量瞬間回零，持續近三十秒，此后類似故障連續出現三次。

2.3 控制系統無法投自動 170萬渣油加氫壓縮機C102A共有三級壓縮，其壓力控制逐級遞推，控制方式復雜，并且冗余量、反饋量都比較大，機組應用無級氣量調節系統后，在其自動控制工況下，機組壓力多次大幅度波動，并且旁路無法及時有效地調節機組負荷。這說明機組原有壓力逐級遞推控制方案不能與無級氣量調節系統自身控制方案協調統一，無法投自動。

3 無級氣量調節系統改進措施

3.1 安裝調試相位檢測探頭并強化固定 在相位失靈事件進行分析后，重新對相位探頭及對應監測點進行了校準，使它們之間的距離保持在一個合適的位置。隨后在進行調試時，未發生任何異常，無級氣量調節系統運行至今，再未因相位出現問題。

3.2 控制邏輯增加延時功能，解決瞬間失控 在對液壓油泵跳停造成進料量波動大的事件進行總結分析后，在油泵跳停后反饋信號增加了兩秒延時，即油泵跳停后，無級氣量調節系統依然按照原程序運行兩秒，使得液壓油壓在降低過程中，依然按照原程序進行控制，哪怕是因為缺少足夠的動力，目的就是哪怕液壓執行器不做功也不要急，只要不添亂就行。在隨后進行的液壓油泵停泵試驗過程中，發現一級進氣量幾乎沒有大的波動

3.3 優化控制方案保證自動控制 在對整個過程進行分析后，提出了自己的控制方案，并向相關領導部門進行了申請，得到了領導的支持。具體控制方案為：氣量無級調節系統采用簡單的壓力控制方案，分別利用二、三級入口壓力控制一、二級負荷，系統壓力控制三級負荷，且各級負荷與各級返回閥進行分程控制。該方案不僅能控制機組各級壓縮比和系統壓力的穩定，而且控制簡單，易于操作。所需要注意的是，制氫裝置必須控制壓縮機入口壓力的穩定。目前，該方案實行后，氣量無級調節系統投自動，效果良好。

4 無級氣量調節系統節能計算

無級氣量調節系統節能通過電機節電方式反映出來，按三相電機功率公式計算出無級氣量調節系統投用后所能回收的能量：Wj=1.732 U（Il一I2）cosΦ

①根據運行數據分析，通過對壓縮機進行試驗，結果是消耗的電能基本與運行負荷成正比。

②與典型的旁通閥調節比較：Wj =1.732×6000×（428-340）×1 = 914.5kW。

運行時間按8000 h/a計算，則：年節約電為 7312000 kW·h；按工業電費0.56 RMB/（kW·h）計算，則：年節約電費為409.69萬元（RMB）；

按市場價約220萬元RMB每臺計算，則：投資回收期為0.54年。

③調節范圍寬：通過智能化的液壓調節機構，能夠快速、精確地控制壓力和流量，理論上能夠達到0%～100%無極調節，正常達到30%～100%無極調節。

5 結論

①無級氣量調節系統在渣油加氫往復壓縮機在壓縮機上應用后，機組運行穩定，提高了自動化控制程度。②無級氣量調節系統在渣油加氫往復壓縮機的應用過程中，碰到了各種各樣的問題，通過認真分析、總結經驗，得以有效解決。目前，無級氣量調節系統運行平穩，不但降低能耗，提高裝置效益，滿足了生產的要求。同時，也為進一步推廣無級氣量調節系統這項技術在其他往復式壓縮機的應用，提供了寶貴的操作和維護經驗。

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