【壓縮機網(wǎng)】引言
往復壓縮機，是石化生產(chǎn)裝置中常用的一種壓縮機，其選型依據通常是根據用戶(hù)需求氣量的z*大值來(lái)考慮，即壓縮機z*大排氣量要滿(mǎn)足用戶(hù)的z*大需求氣量。但是在實(shí)際生產(chǎn)使用過(guò)程中，會(huì )因為現場(chǎng)種種原因，壓縮機的排氣量需要根據不同情況而改變。例如：由于用戶(hù)系統工藝或流程的原因，壓縮機上游的供氣量不足或者壓縮機下游的需求氣量減少等。在此種情況下，就需要在壓縮機運行過(guò)程中對壓縮機的排氣量進(jìn)行調節。
同時(shí)，壓縮機氣量的合理調節，為降低成本，節約能耗，提高投資效益，也具有重要的意義。
針對以上情況，合理的氣量調節方式對往復壓縮機的節能降耗，降低生產(chǎn)成本和使用成本是非常有益的。
本文針對上海某化工廠(chǎng)氟工裝置用迷宮往復壓縮機，介紹一種組合式往復壓縮機氣量調節方法。
往復壓縮機氣量調節方法
目前，往復壓縮機普遍采用以下幾種氣量調節方法：
1. 作用于氣體管路的調節方式
作用于氣體管路的調節方式有進(jìn)氣節流調節和旁路管路調節。
氣體管路進(jìn)氣節流調節是在壓縮機進(jìn)氣管路上安裝節流閥，通過(guò)節流閥開(kāi)度的調整來(lái)調節壓縮機進(jìn)氣量，從而調節壓縮機排氣量。z*高可以關(guān)閉節流閥，截斷壓縮機進(jìn)氣。優(yōu)點(diǎn)是調節機構簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是要改變壓縮機入口工況，對機組有運行影響。
旁路管路調節是將進(jìn)氣管與排氣管用旁通管路和旁通閥連通，使排出的高壓氣體返回低壓進(jìn)氣管，實(shí)現壓縮機流量調節。優(yōu)點(diǎn)是調節機構簡(jiǎn)單，不影響壓縮機工況，缺點(diǎn)是不經(jīng)濟，耗能大。
2. 作用于氣閥的調節方式
作用于氣閥的調節方式有全行程，壓開(kāi)進(jìn)氣閥調節和部分行程壓開(kāi)進(jìn)氣閥調節。
全行程壓開(kāi)進(jìn)氣閥調節方式是壓縮機壓縮過(guò)程中，其中幾個(gè)進(jìn)氣閥在壓縮過(guò)程中全行程處于全開(kāi)狀態(tài)，進(jìn)氣閥不吸氣，減少進(jìn)氣量。優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現，執行機構價(jià)格低，缺點(diǎn)是只能安裝吸氣閥數量階段性調節氣量，氣量調節不連續。
部分行程壓開(kāi)進(jìn)氣閥調節，是壓縮機壓縮過(guò)程中對所有進(jìn)氣閥在壓縮過(guò)程中部分行程處于打開(kāi)狀態(tài)，實(shí)現部分吸氣，控制進(jìn)氣量來(lái)實(shí)現調節氣量。優(yōu)點(diǎn)是氣量調節范圍廣，無(wú)級調節，缺點(diǎn)是調節裝置，結構復雜，成本高昂。
3. 作用于驅動(dòng)機的調節方式
作用于驅動(dòng)機的調節方式，有停轉調節和變轉速調節。
驅動(dòng)機停轉調節是通過(guò)停止某臺或幾臺壓縮機的運轉，實(shí)現總排氣量調節的目的。其缺點(diǎn)是頻繁啟動(dòng)，電網(wǎng)波動(dòng)較大，一段時(shí)間段內，單臺機組啟停次數受到限制。
變轉速調節是利用驅動(dòng)機轉速的快慢變化，來(lái)實(shí)現機組排氣量的調節，由于不改變壓縮機本身的結構，對于多級壓縮機來(lái)說(shuō)，也不會(huì )由于轉速的變化而導致級間壓力的重新分配，所以可以較為方便的實(shí)現排氣量的分級或連續調節。
迷宮壓縮機氣量調節方案設計
1. 機組工藝背景
氟化工裝置用迷宮壓縮機的工作介質(zhì)是具有毒性的，四氟化碳，三氟化氮等氣體的混合氣，根據工藝流程要求，將含氟氣體壓縮增壓到一定壓力，輸送進(jìn)反應塔。在工藝流程的不同階段，反應塔中合成反應所需要的氣體流量是有差異，因此，需要調節生產(chǎn)反應不同階段的壓縮機排氣量，以保證整個(gè)工藝的運行。
壓縮機的訂貨要求：壓縮機的進(jìn)氣壓力為0.1MPa（G），排氣壓力為3.0MPa（G），z*大氣量為117Nm3/h，壓縮機的氣量調節范圍在0～100%之間。
2. 組合式方案確定
在進(jìn)行壓縮機方案選擇時(shí)，通過(guò)與用戶(hù)的充分溝通，以及對工藝具體了解，在考慮減少成本以及為用戶(hù)節能的目的下，采用分階段使用驅動(dòng)機變頻調速及二反一旁調節的方法來(lái)實(shí)現壓縮機氣量0～100%調節。具體的氣量調節方案為：
?、?50%～100%之間的氣量調節由驅動(dòng)機變頻調速來(lái)實(shí)現
驅動(dòng)機的z*高轉速定為980r/min，對應100%氣量，根據壓縮機對驅動(dòng)機轉速的z*低要求，驅動(dòng)機的z*低轉速定為490r/min，對應50%氣量，即，通過(guò)驅動(dòng)機轉速為490～980 r/min的調節，實(shí)現50%～100%之間的氣量調節。
?、?其余0～50%之間的氣量由二回一旁路的氣動(dòng)調節閥來(lái)進(jìn)行調節
50%以下的氣量調節在控制驅動(dòng)機轉速在490 r/min的情況下，通過(guò)調節二回一調節閥的開(kāi)度來(lái)實(shí)現。
控制系統
1. 變頻控制原理
由于壓縮機排氣量與排氣壓力線(xiàn)性相關(guān)，所以用排氣壓力作為排氣量的量化參數。壓縮機機組的正常出口壓力設為p0，現場(chǎng)實(shí)測壓力設為pZ，則駐p=（pZ-p0），根據駐p的大小情況，經(jīng)過(guò)PID運算，根據結果控制變頻器，合理調整驅動(dòng)機轉速，使實(shí)際排氣壓力與系統設定壓力基本符合。當駐p>0時(shí)，現場(chǎng)實(shí)際排氣壓力偏高，可通過(guò)降低驅動(dòng)機轉速，減小排氣壓力；駐p<0時(shí)，說(shuō)明現場(chǎng)實(shí)際排氣壓力偏低，通過(guò)提高驅動(dòng)機轉速，增大排氣壓力，如圖1所示。
2. 控制約束與補償
?。╝）控制約束50%～100%的氣量調節，用變頻調速實(shí)現，考慮機組潤滑效果及躲避共振，驅動(dòng)機實(shí)際轉速約束在490～980r/min，工作頻率約束在25～50 Hz。
?。╞）控制補償0～50%的氣量調節，由二回一旁路的氣動(dòng)調節閥來(lái)進(jìn)行調節，在驅動(dòng)機25Hz的工作頻率下，通過(guò)調整調節閥開(kāi)度實(shí)現，如圖2所示。
3. 控制流程
運用PLC實(shí)現對機組氣量調節的自動(dòng)控制，按照系統實(shí)際需要氣量自主選擇使用變頻調速調節還是管路旁通調節，并根據實(shí)際工況通過(guò)PID運算后自動(dòng)調節壓縮機轉速和旁路調節閥開(kāi)度，從而調節壓縮機排氣量，使系統在需求排氣量下穩定運行。系統控制流程如圖3所示。
結論
本文中的氟化工裝置用迷宮壓縮機，通過(guò)采用變頻調速與旁路調節的組合式氣量調節方式后，在節約電能的同時(shí)，該機組的設備采購價(jià)格相對采用無(wú)級氣量調節系統有大幅度的下降，同時(shí)在調節氣量的范圍和質(zhì)量上也有所保證，并且減緩了壓縮機啟動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊。因此，這種組合式氣量調節技術(shù)在該類(lèi)往復壓縮機中有推廣價(jià)值。
參考文獻
[1] 郁永章，等.容積式壓縮機技術(shù)手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.
[2] 王偉. 天然氣往復式壓縮機變工況運行分析及應用[D].中國石油大學(xué)，2012.
[3] 楊中強，牟乃渠，顧亞雄，徐源.基于PLC的天然氣壓縮機監控系統設計[J].自動(dòng)化應用，2013，（11）：74-75.
往復壓縮機，是石化生產(chǎn)裝置中常用的一種壓縮機，其選型依據通常是根據用戶(hù)需求氣量的z*大值來(lái)考慮，即壓縮機z*大排氣量要滿(mǎn)足用戶(hù)的z*大需求氣量。但是在實(shí)際生產(chǎn)使用過(guò)程中，會(huì )因為現場(chǎng)種種原因，壓縮機的排氣量需要根據不同情況而改變。例如：由于用戶(hù)系統工藝或流程的原因，壓縮機上游的供氣量不足或者壓縮機下游的需求氣量減少等。在此種情況下，就需要在壓縮機運行過(guò)程中對壓縮機的排氣量進(jìn)行調節。
同時(shí)，壓縮機氣量的合理調節，為降低成本，節約能耗，提高投資效益，也具有重要的意義。
針對以上情況，合理的氣量調節方式對往復壓縮機的節能降耗，降低生產(chǎn)成本和使用成本是非常有益的。
本文針對上海某化工廠(chǎng)氟工裝置用迷宮往復壓縮機，介紹一種組合式往復壓縮機氣量調節方法。
往復壓縮機氣量調節方法
目前，往復壓縮機普遍采用以下幾種氣量調節方法：
1. 作用于氣體管路的調節方式
作用于氣體管路的調節方式有進(jìn)氣節流調節和旁路管路調節。
氣體管路進(jìn)氣節流調節是在壓縮機進(jìn)氣管路上安裝節流閥，通過(guò)節流閥開(kāi)度的調整來(lái)調節壓縮機進(jìn)氣量，從而調節壓縮機排氣量。z*高可以關(guān)閉節流閥，截斷壓縮機進(jìn)氣。優(yōu)點(diǎn)是調節機構簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是要改變壓縮機入口工況，對機組有運行影響。
旁路管路調節是將進(jìn)氣管與排氣管用旁通管路和旁通閥連通，使排出的高壓氣體返回低壓進(jìn)氣管，實(shí)現壓縮機流量調節。優(yōu)點(diǎn)是調節機構簡(jiǎn)單，不影響壓縮機工況，缺點(diǎn)是不經(jīng)濟，耗能大。
2. 作用于氣閥的調節方式
作用于氣閥的調節方式有全行程，壓開(kāi)進(jìn)氣閥調節和部分行程壓開(kāi)進(jìn)氣閥調節。
全行程壓開(kāi)進(jìn)氣閥調節方式是壓縮機壓縮過(guò)程中，其中幾個(gè)進(jìn)氣閥在壓縮過(guò)程中全行程處于全開(kāi)狀態(tài)，進(jìn)氣閥不吸氣，減少進(jìn)氣量。優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現，執行機構價(jià)格低，缺點(diǎn)是只能安裝吸氣閥數量階段性調節氣量，氣量調節不連續。
部分行程壓開(kāi)進(jìn)氣閥調節，是壓縮機壓縮過(guò)程中對所有進(jìn)氣閥在壓縮過(guò)程中部分行程處于打開(kāi)狀態(tài)，實(shí)現部分吸氣，控制進(jìn)氣量來(lái)實(shí)現調節氣量。優(yōu)點(diǎn)是氣量調節范圍廣，無(wú)級調節，缺點(diǎn)是調節裝置，結構復雜，成本高昂。
3. 作用于驅動(dòng)機的調節方式
作用于驅動(dòng)機的調節方式，有停轉調節和變轉速調節。
驅動(dòng)機停轉調節是通過(guò)停止某臺或幾臺壓縮機的運轉，實(shí)現總排氣量調節的目的。其缺點(diǎn)是頻繁啟動(dòng)，電網(wǎng)波動(dòng)較大，一段時(shí)間段內，單臺機組啟停次數受到限制。
變轉速調節是利用驅動(dòng)機轉速的快慢變化，來(lái)實(shí)現機組排氣量的調節，由于不改變壓縮機本身的結構，對于多級壓縮機來(lái)說(shuō)，也不會(huì )由于轉速的變化而導致級間壓力的重新分配，所以可以較為方便的實(shí)現排氣量的分級或連續調節。
迷宮壓縮機氣量調節方案設計
1. 機組工藝背景
氟化工裝置用迷宮壓縮機的工作介質(zhì)是具有毒性的，四氟化碳，三氟化氮等氣體的混合氣，根據工藝流程要求，將含氟氣體壓縮增壓到一定壓力，輸送進(jìn)反應塔。在工藝流程的不同階段，反應塔中合成反應所需要的氣體流量是有差異，因此，需要調節生產(chǎn)反應不同階段的壓縮機排氣量，以保證整個(gè)工藝的運行。
壓縮機的訂貨要求：壓縮機的進(jìn)氣壓力為0.1MPa（G），排氣壓力為3.0MPa（G），z*大氣量為117Nm3/h，壓縮機的氣量調節范圍在0～100%之間。
2. 組合式方案確定
在進(jìn)行壓縮機方案選擇時(shí)，通過(guò)與用戶(hù)的充分溝通，以及對工藝具體了解，在考慮減少成本以及為用戶(hù)節能的目的下，采用分階段使用驅動(dòng)機變頻調速及二反一旁調節的方法來(lái)實(shí)現壓縮機氣量0～100%調節。具體的氣量調節方案為：
?、?50%～100%之間的氣量調節由驅動(dòng)機變頻調速來(lái)實(shí)現
驅動(dòng)機的z*高轉速定為980r/min，對應100%氣量，根據壓縮機對驅動(dòng)機轉速的z*低要求，驅動(dòng)機的z*低轉速定為490r/min，對應50%氣量，即，通過(guò)驅動(dòng)機轉速為490～980 r/min的調節，實(shí)現50%～100%之間的氣量調節。
?、?其余0～50%之間的氣量由二回一旁路的氣動(dòng)調節閥來(lái)進(jìn)行調節
50%以下的氣量調節在控制驅動(dòng)機轉速在490 r/min的情況下，通過(guò)調節二回一調節閥的開(kāi)度來(lái)實(shí)現。
控制系統
1. 變頻控制原理
由于壓縮機排氣量與排氣壓力線(xiàn)性相關(guān)，所以用排氣壓力作為排氣量的量化參數。壓縮機機組的正常出口壓力設為p0，現場(chǎng)實(shí)測壓力設為pZ，則駐p=（pZ-p0），根據駐p的大小情況，經(jīng)過(guò)PID運算，根據結果控制變頻器，合理調整驅動(dòng)機轉速，使實(shí)際排氣壓力與系統設定壓力基本符合。當駐p>0時(shí)，現場(chǎng)實(shí)際排氣壓力偏高，可通過(guò)降低驅動(dòng)機轉速，減小排氣壓力；駐p<0時(shí)，說(shuō)明現場(chǎng)實(shí)際排氣壓力偏低，通過(guò)提高驅動(dòng)機轉速，增大排氣壓力，如圖1所示。
2. 控制約束與補償
?。╝）控制約束50%～100%的氣量調節，用變頻調速實(shí)現，考慮機組潤滑效果及躲避共振，驅動(dòng)機實(shí)際轉速約束在490～980r/min，工作頻率約束在25～50 Hz。
?。╞）控制補償0～50%的氣量調節，由二回一旁路的氣動(dòng)調節閥來(lái)進(jìn)行調節，在驅動(dòng)機25Hz的工作頻率下，通過(guò)調整調節閥開(kāi)度實(shí)現，如圖2所示。
3. 控制流程
運用PLC實(shí)現對機組氣量調節的自動(dòng)控制，按照系統實(shí)際需要氣量自主選擇使用變頻調速調節還是管路旁通調節，并根據實(shí)際工況通過(guò)PID運算后自動(dòng)調節壓縮機轉速和旁路調節閥開(kāi)度，從而調節壓縮機排氣量，使系統在需求排氣量下穩定運行。系統控制流程如圖3所示。
結論
本文中的氟化工裝置用迷宮壓縮機，通過(guò)采用變頻調速與旁路調節的組合式氣量調節方式后，在節約電能的同時(shí)，該機組的設備采購價(jià)格相對采用無(wú)級氣量調節系統有大幅度的下降，同時(shí)在調節氣量的范圍和質(zhì)量上也有所保證，并且減緩了壓縮機啟動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊。因此，這種組合式氣量調節技術(shù)在該類(lèi)往復壓縮機中有推廣價(jià)值。
參考文獻
[1] 郁永章，等.容積式壓縮機技術(shù)手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.
[2] 王偉. 天然氣往復式壓縮機變工況運行分析及應用[D].中國石油大學(xué)，2012.
[3] 楊中強，牟乃渠，顧亞雄，徐源.基于PLC的天然氣壓縮機監控系統設計[J].自動(dòng)化應用，2013，（11）：74-75.
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