一氧化碳壓縮機改造成氫氣壓縮機實例分析

馬天驕 張秋穎

摘 要：文章介紹了某公司一氧化碳壓縮機改造成氫氣壓縮機的方案，包括改氣缸直徑的方案和增設(shè)自動無級余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案，對于此項目增設(shè)低排量自動無級余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案投入更低、生產(chǎn)周期更短、運行成本更低，為往復(fù)式壓縮機改造提供了一種新的選擇。

關(guān)鍵詞：壓縮機；改造；余隙調(diào)節(jié)

中圖分類號：TH45 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）11-0082-02

由于科學技術(shù)的發(fā)展，科學技術(shù)展現(xiàn)出社會化的特點，企業(yè)與企業(yè)之間在信息、資訊、技術(shù)上的差別越來越小，因此，企業(yè)生存就取決于發(fā)展方向以及發(fā)展速度。現(xiàn)在是高效率的時代，沒有高效率，企業(yè)就可能錯過大好良機。某A公司工藝升級、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，需要新增活塞往復(fù)式氫氣壓縮機，需求氣量約為1400Nm3/h，未來需求氣量隨工藝特點可能在1000～1800Nm3/h之間變化，并且希望在4個月內(nèi)開工生產(chǎn)，氫氣壓縮機設(shè)計參數(shù)見表1。

同時，A公司乙苯裝置一氧化碳壓縮機處于閑置狀態(tài)，如果利用一氧化碳壓縮機原有廠房，重新設(shè)計安裝新壓縮機，費用很高，預(yù)計生產(chǎn)、安裝及調(diào)試周期需要8個月時間。如果能對一氧化碳壓縮機進行簡單的改造，并且能夠完全適應(yīng)氫氣壓縮機工況，則可以為A公司節(jié)省大筆的設(shè)備費用和大量的時間，帶來巨大的經(jīng)濟效益。一氧化碳壓縮機設(shè)計參數(shù)見表2。

1 改造方案

根據(jù)表1和表2的數(shù)據(jù)計算分析，一氧化碳壓縮機是具備改造成氫氣壓縮機可能性的。其中可利舊使用的零部件為：基礎(chǔ)件，包括機身、曲軸、連桿、十字頭、飛輪部件等；稀油站；大部分電氣、儀表及自控系統(tǒng)，其中工藝氣就地壓力表需少量改造；油、水管線部分；主機基礎(chǔ)尺寸保持不變，局部位置少量調(diào)整。

關(guān)于改造部分，首先由于排氣壓力的不同，氫氣壓縮機僅需3級壓縮即可達到所需壓力，所以一氧化碳壓縮機需要拆除四、五級氣缸，同時更換新的配重用十字頭部件和中體部件，用于平衡曲軸受力；又由于壓縮機功率減小，需要更換適應(yīng)現(xiàn)有功率的電動機，提高電機使用時的效率，降低運行成本；還需要拆除四、五級緩沖器、分離器、冷卻器，將三級出口管線短接到總出口管線。

1.1 改氣缸直徑方案

由于排氣量的不同，所以一氧化碳壓縮機需要更換一、二、三級氣缸部件，縮小氣缸缸徑，以適應(yīng)變小的氣量；由于缸徑縮小，就需要更換活塞體部件、氣閥部件；由于氣缸對接口尺寸和位置的變化，需要同時更換進氣緩沖器和排氣緩沖器。氣缸及緩沖器基礎(chǔ)尺寸需按原一氧化碳壓縮機組設(shè)計，氣缸支承、緩沖器支架和地腳按照原基礎(chǔ)尺寸設(shè)計。

1.2 增設(shè)自動無級余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案

根據(jù)氫氣壓縮機工藝參數(shù)核算，該機組可以保證在基礎(chǔ)件及氣缸不變的情況下進行增設(shè)自動無級余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)（簡稱余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)）的改造。經(jīng)過計算，原機組滿負荷100%氣量時，可壓縮2400Nm3/h氫氣。在氣缸蓋側(cè)安裝普通余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可實現(xiàn)氣量調(diào)節(jié)范圍為60%～100%，即流量范圍為1440～2400Nm3/h，并不能完全滿足A公司流量范圍為1000～1800Nm3/h的要求。A公司要求的實際負荷范圍為41.6%～75%，利用專利《一種往復(fù)式壓縮機低排量余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)》（專利號：201821270586.3）技術(shù)可以滿足這一要求，即在壓縮機氣缸軸側(cè)增加固定余隙降低整機25%的負荷，配合普通余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)，最大可實現(xiàn)氣量調(diào)節(jié)范圍35%～75%，本機按照40%～75%設(shè)計。通過對機組空間結(jié)構(gòu)的分析，最終采用更換帶固定余隙的一、二、三級后半活塞的方案進行改造。

采用增設(shè)余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案（見圖1和圖2），則本機氣缸體、緩沖器、氣閥及活塞等大部分零部件可以利舊使用，僅需更換氣缸缸蓋、后半活塞體部件和增設(shè)余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中每套余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括：3套執(zhí)行機構(gòu)、1套管線系統(tǒng)、1套電纜系統(tǒng)，由于A公司廠內(nèi)原有的液壓系統(tǒng)可以用來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，且具備DCS控制系統(tǒng)，所以余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)不需要額外配套電液控制系統(tǒng)，所以這個方案的設(shè)備改造費用比“改氣缸直徑方案”還要更低。

（1）方案對比。由于活塞式壓縮機為定制的定量設(shè)備，主機本身不具備無級氣量調(diào)節(jié)功能，按改氣缸直徑方案改造后，氫氣壓縮機可通過打開三回一閥門的方式進行無級氣量調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)氣量1000～1800Nm3/h之間調(diào)節(jié)。回路調(diào)節(jié)的缺點是無法省功，回流量越大，電能浪費越多。若氫氣壓縮機設(shè)計為額定負荷1800Nm3/h，但是長期在1400Nm3/h負荷運行，如表3中方案一和方案二所示，按電價0.6元/度、年運行時間8000小時計算和“年電費=功率×電價×年運行時間”計算，方案一比方案二多使用17.5萬元/年的電費。方案二也存在當流量較大時，需要同時開兩臺壓縮機才能滿足氣量需求的問題。

對比表3中的方案一和方案三，因為氣缸缸徑相差不大，壓縮機軸功率幾乎相等，可以忽略不計，可以明顯看出方案三優(yōu)于方案一。

對比表3中的方案二和方案三，壓縮機軸功率差值為3.1kW，是因為氣缸缸徑相差較大，壓縮機活塞的摩擦功相差較多，所以如果氣量始終處于1400Nm3/h工況時，改造缸徑方案更節(jié)能，采用余隙調(diào)節(jié)方案耗能會增加2%，但是在實際生產(chǎn)過程中，氣量恒定幾乎是不能的，所以采用方案三，對實際生產(chǎn)的意義更大，自動無級氣量調(diào)節(jié)的功能可以最大限度的節(jié)約電能，更符合A公司的要求，所以方案三也優(yōu)于方案二。

（2）余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)其它特點。余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案，由于不需要更換氣缸部件和壓力容器，改造內(nèi)容較少，現(xiàn)場安裝施工費用最低；生產(chǎn)周期也僅需3個月，考慮電機需要4個月的生產(chǎn)周期，總體可以控制在4-5個月完成全部安裝調(diào)試工作，基本滿足A公司要求；原有壓縮機備件、易損件可以利舊使用，不需要更換，這是它的優(yōu)點；對比改缸徑方案，缸徑減小后，易損件價格會比余隙調(diào)節(jié)方案降低一些，余隙調(diào)節(jié)的密封圈屬于新增的易損件，這是它的缺點。

余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于是低速運動的系統(tǒng)，所以可以直接采用DCS作為主控系統(tǒng)進行控制，會根據(jù)確認的主控變量對壓縮機排量進行自動控制或通過PID調(diào)節(jié)回路手動給定壓縮機排量，余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)可自動跟蹤并穩(wěn)定此值并自動調(diào)節(jié)級間壓力。

必要時可以對壓縮機及其管路系統(tǒng)進行聲學脈動振動計算，應(yīng)嚴格按照API618中的第三種近似方法進行，并符合API618附錄M中M2至M8的步驟，對各氣缸、各緩沖器、級間冷卻器、級間分離器、工藝氣管線和包括從壓縮機入口上游第一個大容器始至壓縮機出口下游第一個大容器止在內(nèi)的所有的主支管線和旁路管線。聲學脈動計算應(yīng)包括滿負荷工況和各種部分負荷工況、各種氣體條件以及單機運行、雙機并聯(lián)工況。

同時要注意對要利舊的零部件進行檢查，并準備一些常用易損備件，為順利開工保駕護航。

2 結(jié)語

壓縮機改造項目可以為企業(yè)節(jié)約大量的設(shè)備成本和時間成本，但是也由于改造項目存在一定的風險，改造前應(yīng)進行充分細致的技術(shù)交流和技術(shù)分析，選擇成熟方案，降低改造風險。自動無級余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有改造容易、性價比高、安全可靠的特點，為往復(fù)式壓縮機改造提供了一種新的選擇。

參考文獻

[1] 郁永章，姜培正，孫嗣瑩主編.壓縮機工程手冊[M].中國石化出版社，2011.

[2] 賴通榮，游碧龍.煉油裝置往復(fù)式壓縮機余隙容積自動無級調(diào)節(jié)及節(jié)能改造[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2010，31（06）：41-43+25.