余隙調節技術在干氣回收裝置壓縮機上的應用

2022-05-25 03:34:24李軍

化工設計通訊 2022年5期

李軍

（揚州石化有限責任公司，江蘇揚州 225200）

往復式壓縮機屬于容積式壓縮機，是使一定容積的氣體按順序吸入和排出封閉空間提高靜壓力的設備，在煉油化工等工業領域廣泛使用。往復式壓縮機的排氣量一般是根據裝置所需的最大容積流量來選擇，由于入口條件及工藝流程的改變，當耗氣量小于壓縮機的排氣量時，便需要對壓縮機進行氣量調節，以使壓縮機的排氣量適應耗氣量的要求，使裝置壓力保持穩定。揚州石化有限責任公司干氣回收利用裝置實際負荷為設計負荷的70%～80%。富氣與貧氣壓縮機富余25%回流量，均采用旁路調節來滿足往復機正常運行，系統能耗較高。為了節約能源，需通過增加余隙調節系統對往復壓縮機進行氣量調節改造。

1 壓縮機組參數簡介

干氣回收利用裝置有兩臺壓縮機，分別為貧氣壓縮機和富氣壓縮機，兩臺壓縮機均為無油設計，兩列對稱式平衡型活塞式壓縮機，電機與壓縮機通過剛性聯軸器直聯驅動，貧氣壓縮機為一級壓縮，富氣壓縮機為兩級壓縮，兩臺壓縮機主要性能參數如表1所示。

表1 壓縮機主要性能參數

2 余隙存在的意義及余隙調節基本原理

為防止氣體壓縮后帶液形成液擊，以及壓縮機運轉過程中避免活塞與端蓋發生撞擊，壓縮機在設計制造中氣缸都留有一定的余隙，余隙容積通常是氣缸容積的3%～8%。圖1圖2分別是存在余隙Vc 和Vc’的示意圖和示功圖。

圖1 存在余隙Vc的示意圖和示功圖

圖2 存在余隙Vc'的示意圖和示功圖

活塞在向右運行過程中，由于余隙容積的氣體壓力大于氣缸進氣壓力，活塞運行到一定位置氣缸氣體膨脹壓力降低，低于進氣壓力時才開始吸氣，余隙容積大氣缸進氣量小，排氣量也相應變小，活塞往復一個行程做功減小，壓縮機所需能耗降低。從圖1和圖2明顯看出Vc’大于Vc，活塞做功量1—2′—3—4′包圍的面積小于1—2—3—4包圍面積。

3 余隙調節系統工作原理

富氣與貧氣壓縮機氣缸為固定容積，壓縮負荷相對穩定。無極余隙調節就是在氣缸兩側端蓋處增加輔助氣缸（余隙缸，見圖3），通過調節可調余隙活塞行程來改變容積大小，降低壓縮負荷。由余隙調節基本原理可知，余隙容積越大，壓縮負荷越小。

可調余隙活塞行程控制，通過液壓油缸內液壓活塞左右兩側油壓變化，形成自右向左或自左向右推動力；液壓活塞與余隙活塞同步，可控行程為60%～100%。100%行程時，余隙為0，余隙處于未投用狀態，壓縮負荷最大；60%為最大余隙，壓縮負荷最小。余隙調節最大降低壓縮機負荷40%。

液壓活塞左右兩側油壓通過油泵及蓄能器供能及液壓控制系統實現自動控制，控制型號連入DCS系統，通過改變閥位信號調節余隙行程。

4 壓縮機余隙系統節能改造情況及運行效果

干氣回收裝置處理量僅為設計負荷的70%左右，為滿足貧氣壓縮機和富氣壓縮機在低負荷運行，節能改造前通過旁路流量調節，一部分流量從壓縮機出口通過進出口旁路回到入口，補充入口量滿足壓縮機正常運轉，此調節手段簡單可靠，但是壓縮機能耗高不節能。去年公司對兩臺壓縮機增加余隙調節系統節能改造，改造后壓縮機的氣量調節簡化到僅需改變氣缸余隙位置，系統即自動跟蹤并自動調節，使壓縮機的控制更趨合理，取消工藝旁路調節，實現壓縮機節能和平穩控制。改造采用余隙無級調節方案，兩臺壓縮機共用一套控制系統方式，即共用儀表控制系統及液壓控制系統，兩臺壓縮機油缸分別單獨控制，通過液壓執行機構及DCS控制，實現貧氣壓縮機和富氣壓縮機60%～100%負荷的自動調節。

余隙調節系統投入運行近一年，系統運行平穩，壓縮機節能效果明顯，兩臺壓縮機在同等運行工況下，電流下降160A。節能改造后壓縮機運行狀態得到優化改善。

4.1 降低壓縮機負荷

由表2可以看出，技術改造后，貧氣壓縮機實際運行電流由之前260A降至200A，同時壓縮機出口溫度也由之前58℃降至53℃，富氣壓縮機實際運行電流由之前285A降至185A，同時壓縮機出口溫度也由之前65℃降至57℃，因此說明兩臺壓縮負荷得到明顯降低。

4.2 裝置壓力穩定

兩臺壓縮機出口壓力與之前相仿，且趨于穩定（見表2），說明增加余隙后，系統壓力狀態未有改變，是確保安全平穩運行的前提。

表2 增加余隙調節前后運行狀態對比表

4.3 減少壓縮機無用功損失

貧氣壓縮機及富氣壓縮機各富余25%回流量，均采用旁路調節來滿足往復機正常運行。技改前，裝置系統負荷不高，吸入口壓力相對較低，在滿足壓縮比的前提下，需要用壓縮機出口壓力補充入口，從而形成無用功，造成流量損失。實現余隙調節后，吸入口壓縮得到穩定，出口則相應穩定。貧氣壓縮機旁路補壓閥60%開度已經全部關閉，富氣壓縮機因受到系統負荷及催化劑反應效果多方面原因，入口量不高，仍需35%開度補壓（表2）。