【壓縮機網(wǎng)】引言

 

　　往復壓縮機具有排氣壓力高且運行穩定的特點(diǎn),在石油化工企業(yè)應用十分廣泛。往復式壓縮機一般是按規定的工藝條件和額定的流量進(jìn)行設計的，在選型時(shí)主要考慮滿(mǎn)足峰值流量，這使得壓縮機運行時(shí)流量經(jīng)常處于富余狀態(tài)，有效負荷率常常只有60%～85%。壓縮機在運行過(guò)程中，主要靠調節旁路來(lái)實(shí)現壓縮機的控制。大功率的壓縮機通常用旁通回流調節的方式，雖然能滿(mǎn)足下游工藝生產(chǎn)的需要，但造成了能源的巨大浪費。隨著(zhù)石油化工工藝的不斷變化和能源的日益緊張，提倡節能與環(huán)保的發(fā)展趨勢下，要求壓縮機能夠在更大的范圍內實(shí)現排氣的連續調節。往復式壓縮機氣量無(wú)級調節系統(可變余隙調節)能根據主控變量的變化而對壓縮機的排氣量和級間壓力進(jìn)行控制，使壓縮機始終運行在最佳狀態(tài)，有效降低能耗。

 

　　一、氣量無(wú)級調節介紹

 

　　目前，往復機節能主要有氣量無(wú)級調節和氣缸余隙調節兩種。氣量無(wú)級調節代表作是賀爾碧格公司開(kāi)發(fā)的HydroCOM系統。它是通過(guò)控制壓縮機進(jìn)氣閥，生產(chǎn)需要多少氣體，壓縮機進(jìn)氣閥中進(jìn)入多少氣體，多余的氣體不進(jìn)入氣缸，減少壓縮機做功，最大限度地節約能源，通過(guò)智能化的液壓調節機構，快速、精確地控制壓力和流量，實(shí)現氣量理論上0～100%的連續調節。

 

　　HydroCOM的液壓控制系統采用時(shí)間控制方案，通過(guò)記錄曲軸的相位角來(lái)確定進(jìn)氣閥的關(guān)閉時(shí)刻，實(shí)現氣量控制。它的中心部件是一個(gè)安裝在吸氣閥上的高精度、高靈敏度的電磁閥，在壓縮機吸氣終了時(shí)，電磁閥使吸氣閥仍保持開(kāi)啟狀態(tài)，活塞反向運動(dòng)時(shí)，通過(guò)控制不同的曲軸相位角來(lái)控制吸氣閥關(guān)閉的時(shí)間，實(shí)現壓縮機排氣量0～100%全行程范圍的無(wú)級調節。先進(jìn)控制理論和機電技術(shù)的結合，使HydroCOM系統在最大限度節省能源的同時(shí)，還擁有極高的控制動(dòng)態(tài)特性，通過(guò)執行機構的動(dòng)作，壓縮機的負載可以在三個(gè)曲軸回轉中從0加載到100%。
 

 

 

　　而且由于一級缸活塞負荷降低40%，活塞使用壽命得到提高。因此，往復式壓縮機的安全性能也得到了改善。

 

　　利用氣量無(wú)級調節系統在不改變壓縮機原主體結構，不改變壓縮機原控制系統的情況下采用無(wú)級調節系統，僅對壓縮機缸蓋進(jìn)行改造；通過(guò)電液控制機構智能調節，能根據用戶(hù)對氣量的需求，按照給定的控制參數，自動(dòng)快捷地調節壓縮機的實(shí)際負荷，在60%～100%范圍無(wú)級可調，使壓縮機僅僅對實(shí)際需要的氣量進(jìn)行壓縮，在節約能源的同時(shí)，還可以輕松實(shí)現壓縮機的平穩啟動(dòng)、切換和停機，短時(shí)間內在不需停壓縮機的情況下就可對控制系統進(jìn)行檢修維護。

 

　　二、余隙調節介紹

 

　　壓縮機余隙無(wú)級調節系統是在不改變壓縮機原主體結構和原控制系統的情況下,僅對壓縮機余隙缸蓋進(jìn)行改造，通過(guò)PLC控制的電液控制系統進(jìn)行智能調節。它能根據給定的控制參數自動(dòng)控制流量在60%～100%的無(wú)級調節和壓縮比的調節。其特點(diǎn)是壓縮機余隙可在60%～100%連續調節，調節穩定可靠，調節精度高，調節過(guò)程對生產(chǎn)造成的擾動(dòng)較小。和賀爾碧格無(wú)極調節相比，余隙調節性?xún)r(jià)比優(yōu)勢非常明顯。近年在國內得到了大量的應用，取得兩很好的效果。

 

　　中石化濟南煉化逆流連續重整裝置設三臺重整氫增壓機K202A/B/C，其中K202A設有無(wú)級調量系統，在加工負荷低于63t/h時(shí)（90%）可實(shí)現單機K202A無(wú)級調量運行；在負荷高于63t/h時(shí)，一臺壓縮機無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，增壓機運行方式為運二備一（K202A無(wú)級調量+K202C滿(mǎn)負荷）。雙機運行時(shí)，K202C滿(mǎn)負荷，K202A機無(wú)級調量受最低負荷30%的限制，仍然存在很大的回流損失，造成大量的能量損失。2016年8月份K202C增加山東易陽(yáng)石化節能裝備的余隙調節后，每小時(shí)省電950kW，每年節省經(jīng)濟效益幾百萬(wàn)之巨。

 

　　2.1余隙調節原理介紹

 

　　在圖2中，1—2—3—4表示存在余隙容積Vc時(shí)全排氣量的循環(huán)圖。由于有余隙容積Vc的存在，使工作活塞在右行之初，因留存在余隙容積Vc內的氣體壓力大于進(jìn)氣管道的壓力而不能吸入氣體，直到活塞右行到位置4時(shí)，氣缸內氣體體積由Vc膨脹到V4、壓力由P2下降到P1時(shí)才開(kāi)始進(jìn)氣。進(jìn)氣量相應的線(xiàn)段長(cháng)度為4—1，壓縮過(guò)程為1—2，排氣過(guò)程為2—3，膨脹過(guò)程為3—4。1—2—3—4—1包圍的面積即為一個(gè)往復行程需要的功。
 

 

　　如圖3所示，當需要減少排氣量時(shí)，可以增加余隙容積到Vc′，此時(shí)功率循環(huán)圖為1—2′—3—4′。進(jìn)氣量由全進(jìn)氣量相應的線(xiàn)段長(cháng)度4—1減少到線(xiàn)段長(cháng)度4′—1，壓縮過(guò)程按1—2′進(jìn)行，壓縮過(guò)程活塞力的增加速率小于余隙容積為Vc時(shí)的速率，排氣量由相應的全排氣量線(xiàn)段2—3減少到線(xiàn)段2′—3。由于沒(méi)有額外的阻力，在3—4′膨脹循環(huán)過(guò)程中，氣體對壓縮機活塞作功，減輕了曲軸連桿的負載。當需要外側氣缸零排氣量時(shí)，可以增加余隙容積到Vc′，此時(shí)，余隙容積Vc′中留存的高壓氣體膨脹到吸氣行程Vs終止，膨脹線(xiàn)和壓縮線(xiàn)合二為一，如圖中過(guò)程線(xiàn)1—3—3—4′所示，循環(huán)功為零。

 

　　對雙作用氣缸來(lái)說(shuō)，采用比較普通的電液控制設施就可實(shí)現壓縮機排氣量50%～100%范圍無(wú)級調節。
 

 

　　三、余隙調節自動(dòng)控制

 

　　往復機余隙調節采用西門(mén)子S7-300PLC實(shí)現壓縮機余隙遠程控制和控制油站的聯(lián)鎖邏輯。

 

　　可編程序控制器（Programmable Logic Contoroller）簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，是以微處理器為核心，用于工業(yè)控制的計算機，由于PLC廣泛采用微機技術(shù)，使得PLC不僅具有邏輯控制功能，而且還具有了運算、數據處理和數據傳送等功能?？刂葡到y采用的西門(mén)子312CPU具有很快的I/O處理速度，強大的I/O擴展能力，并且便于安裝。PLC自動(dòng)循環(huán)掃描各個(gè)輸入輸出點(diǎn)的當前狀態(tài)，并根據程序所確定的邏輯關(guān)系刷新輸出點(diǎn)的狀態(tài)，通過(guò)位移傳感器和電磁閥來(lái)控制相應的電機的啟停和油缸的動(dòng)作，從而完成工藝流程的自動(dòng)控制；操作界面上配有觸摸屏，觸摸屏內置通用端口，可通過(guò)串行通訊電纜直接與計算機及其它含有RS485通訊/編程口的設備實(shí)現互連。PLC提供了豐富的指令系統，給設計和維護帶來(lái)很大方便。

 

　　壓縮機的控制分為余隙調節控制、油泵電機啟?？刂坪陀鸵何?、溫度等聯(lián)鎖保護。人機界面采用昆侖通泰觸摸屏，為了達到防爆要求，人機界面和PLC安裝在防爆控制箱中，手動(dòng)操作和報警確認等功能都通過(guò)防爆控制箱上的按鈕來(lái)實(shí)現。負荷的控制有手動(dòng)控制和自控兩種模式，手動(dòng)控制時(shí)，可以通過(guò)手動(dòng)按鈕人為給定。自動(dòng)控制模式時(shí)通過(guò)遠程DCS給定控制信號，PLC依據遠程給定的設定值和測量值的偏差來(lái)調節。整套設計和安裝都是按照IEC61508的標準規范來(lái)執行，關(guān)鍵控制信號都不采用通訊或者軟件選擇的方式而是硬接線(xiàn)方式，提高聯(lián)鎖邏輯的可靠性。

 

　　四、結束語(yǔ)

 

　　傳統的往復機靠旁路回流控制浪費了大量的電能，壓縮機氣缸余隙調節能在滿(mǎn)足生產(chǎn)的前提下，大大節約電能，近年來(lái)得到了廣泛的應用，節能效果非常顯著(zhù)，具有較高的推廣應用價(jià)值。