往復(fù)式壓縮機(jī)余隙氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)

往復(fù)式壓縮機(jī)余隙氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)往復(fù)式壓縮機(jī)余隙氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)往復(fù)式壓縮機(jī)余隙氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)目錄前言活塞式壓縮機(jī)余隙容積與排氣量、功率的關(guān)系余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)原理1234可調(diào)余隙調(diào)節(jié)原理、調(diào)節(jié)范圍與應(yīng)用范圍余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)組成與控制系統(tǒng)5成功案例 6結(jié)論7節(jié)能效果 2通過(guò)閱讀報(bào)刊，我們能增長(zhǎng)見(jiàn)識(shí)，擴(kuò)大自己的知識(shí)面。往復(fù)式壓縮機(jī)余隙氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)往復(fù)式壓縮機(jī)余隙氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)往復(fù)目錄前言活塞式壓縮機(jī)余隙容積與排氣量、功率的關(guān)系余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)原理1234可調(diào)余隙調(diào)節(jié)原理、調(diào)節(jié)范圍與應(yīng)用范圍余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)組成與控制系統(tǒng)5成功案例 6結(jié)論7節(jié)能效果 2目錄前言活塞式壓縮機(jī)余隙容積與排氣量、功率的關(guān)系余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)1前言31前言3前言

煉油化工裝置加工工藝所需活塞式壓縮機(jī)的氣量一般根據(jù)裝置最大所需氣量或近期裝置可能擴(kuò)容所需的流量來(lái)選擇壓縮機(jī)，同時(shí)據(jù)API618要求活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)氣量還要按正偏差（3%～5%以?xún)?nèi)，分子量小的選大值）來(lái)確定，再加上裝置負(fù)荷變化、入口條件改變等因素，活塞式壓縮機(jī)氣量大都有較大的富余量。為了滿(mǎn)足煉油化工生產(chǎn)需要都要進(jìn)行氣量調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)的氣量調(diào)節(jié)方法有頂開(kāi)氣閥、固定余隙調(diào)節(jié)以與旁路調(diào)節(jié)共同使用。通過(guò)我們實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期頂開(kāi)氣閥不利于活塞式壓縮機(jī)長(zhǎng)周期運(yùn)行；通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)的標(biāo)定發(fā)現(xiàn)，固定余隙調(diào)節(jié)對(duì)耗功沒(méi)有達(dá)到減少排氣量與減少能耗成正比例的變化，降耗不明顯。且上述兩種方式不是無(wú)級(jí)的，所以活塞式壓縮機(jī)氣量調(diào)節(jié)大都用旁路調(diào)節(jié)，這就導(dǎo)致壓縮機(jī)氣量與指示功不成正比，壓縮機(jī)功耗高。4前言煉油化工裝置加工工藝所需活塞式壓縮機(jī)的氣量一前言目前，部分行程壓開(kāi)吸氣閥調(diào)節(jié)是調(diào)節(jié)范圍大、節(jié)能效果比較好的一種方式。部分行程壓開(kāi)吸氣閥調(diào)節(jié)是通過(guò)控制壓縮過(guò)程中吸氣閥的關(guān)閉時(shí)刻，控制返回進(jìn)氣管道氣量的多少，從而實(shí)現(xiàn)排氣量的連續(xù)調(diào)節(jié)，雖然氣流進(jìn)出吸氣閥會(huì)有5%左右的阻力損失，由于指示功幾乎與排氣量成正比，所以還有很高的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。此種方式可以實(shí)現(xiàn)氣量20～100%的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，但由于壓開(kāi)吸氣閥的時(shí)間有精確要求，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是高速運(yùn)動(dòng)部件，所以對(duì)控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求高、投資很高。九江大安自控工程有限公司采用武漢理工大學(xué)《活塞往復(fù)式壓縮機(jī)余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置》專(zhuān)利技術(shù)并成功實(shí)現(xiàn)了該技術(shù)工廠化應(yīng)用，我們以中石化荊門(mén)分公司兩臺(tái)不同工況的往復(fù)壓縮機(jī)上應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，結(jié)果表明節(jié)電效果很顯著。5前言目前，部分行程壓開(kāi)吸氣閥調(diào)節(jié)是調(diào)節(jié)范圍大、節(jié)能效果比較好2活塞式壓縮機(jī)余隙容積與排氣量、功率的關(guān)系62活塞式壓縮機(jī)余隙容積與排氣量、功率的關(guān)系6活塞式壓縮機(jī)余隙容積與排氣量、功率的關(guān)系由于活塞式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)、制造、裝配、運(yùn)轉(zhuǎn)等方面的需要，氣缸中某些部位留有一定的空間或間隙，這部分空間或間隙稱(chēng)為余隙容積。如圖1中的Vc。圖1存在余隙Vc的示意圖和示功圖圖2存在余隙Vc’的示意圖和示功圖圖1為壓縮機(jī)存在余隙Vc的示意圖和理想氣體示功圖。圖中，橫坐標(biāo)V表示氣缸容積變化，縱坐標(biāo)P表示氣缸壓力變化，P1、P2分別是進(jìn)、排氣壓力。7活塞式壓縮機(jī)余隙容積與排氣量、功率的關(guān)系由于活塞式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)在圖1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(nèi)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(nèi)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(yīng)的線段長(zhǎng)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(fù)行程需要的功。如果在余隙容積Vc基礎(chǔ)上再增加余隙容積到Vc’，示功圖如圖2示意。排氣量和所需要的能耗均減小。通過(guò)調(diào)節(jié)余隙容積的大小，可以達(dá)到調(diào)節(jié)氣量和減少功耗的目地?；钊綁嚎s機(jī)余隙容積與排氣量、功率的關(guān)系8在圖1中，1—2—3—4表示存在余隙容積Vc時(shí)全排氣量的循環(huán)3余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)原理93余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)原理9余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)原理

余隙自動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置是在固定余隙調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，將固定余隙改變成余隙容積連續(xù)可調(diào)的調(diào)節(jié)方法，取消控制輔助余隙腔與氣缸之間連接的余隙閥，可調(diào)余隙缸與外側(cè)氣缸直接相通，進(jìn)出余隙缸的氣體幾乎沒(méi)有阻力損失。余隙自動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)由智能控制系統(tǒng)控制,實(shí)現(xiàn)對(duì)氣量自動(dòng)實(shí)時(shí)的控制?？烧{(diào)余隙調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖1。圖2為外側(cè)氣缸可調(diào)余隙調(diào)節(jié)的示意圖和理想氣體示功圖。10余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)原理余隙自動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)原理圖1可調(diào)余隙調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)示意圖11余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)原理圖1可調(diào)余隙調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)示意圖11余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)原理當(dāng)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(yīng)的線段長(zhǎng)度4—1減少到線段長(zhǎng)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(yīng)的全排氣量線段2—3減少到線段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(duì)壓縮機(jī)活塞作功，減輕了曲軸連桿的負(fù)載。當(dāng)需要外側(cè)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，膨脹線和壓縮線合二為一，如圖中過(guò)程線1—3—3—4”所示。對(duì)雙作用氣缸來(lái)說(shuō)，采用比較普通的電液控制設(shè)施，通過(guò)控制余隙活塞的位置就可實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)排氣量50%～100%范圍無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。外側(cè)氣缸可調(diào)余隙調(diào)節(jié)的示意圖和理想氣體示功圖圖5可調(diào)余隙調(diào)節(jié)的示意圖和示功圖12余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)原理當(dāng)需要減少排氣量時(shí)，可以增加余隙容四余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)組成與控制系統(tǒng)13四余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)組成與控制系統(tǒng)13余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)組成與控制系統(tǒng)余隙自動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液壓油站（包含油箱、油泵和伺服閥等）和控制系統(tǒng)等組成，見(jiàn)圖3。執(zhí)行機(jī)構(gòu)由余隙缸、余隙活塞以與液壓缸等組成，取代原有的缸蓋、余隙閥和氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于余隙缸的直徑僅略小于氣缸直徑，直接與氣缸相通，所以進(jìn)出余隙缸的氣體幾乎沒(méi)有阻力損失。新增的控制系統(tǒng)可以根據(jù)主控變量或通過(guò)手動(dòng)給定參數(shù)，通過(guò)可編程控制器(PLC)、伺服閥、位移傳感器、伺服油缸組成的電液位置控制系統(tǒng)，使余隙缸活塞按輸入信號(hào)作直線位移，從而實(shí)現(xiàn)各級(jí)余隙容積變化的伺服控制，最終實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)排氣量和級(jí)間壓縮比的控制。油站電動(dòng)齒輪泵間歇運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)間只占停泵時(shí)間的1/20，所以控制系統(tǒng)的耗能很低。14余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)組成與控制系統(tǒng)余隙自動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)組成與控制系統(tǒng)圖3可調(diào)余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置圖15余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)組成與控制系統(tǒng)圖3可調(diào)余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)五節(jié)能效果16五節(jié)能效果16節(jié)能效果5.1、荊門(mén)分公司制氫裝置壓縮機(jī)節(jié)電效果我們對(duì)制氫裝置壓縮機(jī)采用余隙自動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置改造后進(jìn)行標(biāo)定。采集的多工況下工藝參數(shù)與功率消耗數(shù)據(jù)如下表所示。工況一級(jí)余隙活塞位置（％）頂開(kāi)氣閥載荷（％）額定排氣量（％）一級(jí)入口壓力(MPa)二級(jí)入口壓力(MPa)二級(jí)出口壓力(MPa)功率(kW)1100000.1680.1690.1753210050480.1640.7742.0822331001001000.1620.6312.0639847510090.50.1640.6482.01350550100810.1630.6632.0830562510071.50.1710.6622.0627070100620.1820.6702.08245上表中：一級(jí)余隙活塞位置從100%到0%表示可調(diào)余隙由0增加到最大；頂開(kāi)氣閥載荷表示由頂開(kāi)氣閥改變壓縮機(jī)排氣量；功率是電動(dòng)機(jī)消耗功率，是通過(guò)標(biāo)定電動(dòng)機(jī)的電流、電壓和功率因數(shù)計(jì)算所得。17節(jié)能效果5.1、荊門(mén)分公司制氫裝置壓縮機(jī)節(jié)電效果工一級(jí)余隙頂節(jié)能效果表中的工況1是壓縮機(jī)空載狀況；工況2是通過(guò)完全頂開(kāi)氣缸一側(cè)氣閥的狀況；工況3是全負(fù)荷；工況4～7是通過(guò)調(diào)節(jié)余隙改變排氣量的數(shù)據(jù)。將上表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即可做出增設(shè)余隙自動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置的制氫裝置壓縮機(jī)的流量-功率的曲線，如圖4所示。圖中虛線是壓開(kāi)吸氣閥的流量—功率曲線，粗實(shí)線是通過(guò)可調(diào)余隙來(lái)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)氣量的流量-功率曲線。在粗實(shí)線與虛線之間的斜線是利用調(diào)節(jié)余隙可節(jié)省的功耗。從圖5可以看出，調(diào)節(jié)余隙所節(jié)省的功率是非常明顯的。當(dāng)壓縮機(jī)的排氣量只有額定排氣量的62%時(shí)，功耗只有額定排氣量的61%，減少功耗153kW。說(shuō)明：標(biāo)定可能存在一定的誤差。18節(jié)能效果表中的工況1是壓縮機(jī)空載狀況；工況2是通過(guò)完全頂開(kāi)氣節(jié)能效果圖4可調(diào)余隙調(diào)節(jié)的制氫裝置壓縮機(jī)的流量-功率曲線19節(jié)能效果圖4可調(diào)余隙調(diào)節(jié)的制氫裝置壓縮機(jī)的流量-功率曲線節(jié)能效果5.2荊門(mén)分公司潤(rùn)滑油改質(zhì)裝置壓縮機(jī)節(jié)電效果從下表可以看出，壓縮機(jī)入口狀態(tài)負(fù)荷從100%調(diào)節(jié)到70%時(shí)，壓縮機(jī)功耗從948.74kw下降到787.38kw，在壓縮機(jī)入口狀態(tài)負(fù)荷80%～85%之間，可減少功耗71～105kw之間。按照新氫一、二、三級(jí)排氣量以與循環(huán)氫軸功率比例計(jì)算，新氫壓縮機(jī)排氣量與軸功率接近正比例的關(guān)系。未設(shè)可調(diào)余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)前，壓縮機(jī)排量從100%調(diào)節(jié)到70%只能依靠旁路調(diào)節(jié)，功耗是相同的。因受生產(chǎn)工藝的制約，我們未能將壓縮機(jī)負(fù)荷標(biāo)定到最小負(fù)荷（即最大余隙狀態(tài)）。20節(jié)能效果5.2荊門(mén)分公司潤(rùn)滑油改質(zhì)裝置壓縮機(jī)節(jié)電效果20節(jié)能效果負(fù)荷壓力(MPa)流量（NM3/h）總功率(kw)減少總功率(kw)1級(jí)入口1級(jí)出口2級(jí)入口2級(jí)出口3級(jí)入口3級(jí)出口1、2級(jí)3級(jí)700.862.092.084.995.1711.5330005600787.4161.4750.882.152.145.045.211.7233005900806.7142.0800.872.152.115.065.2211.7634806080843.6105.2850.852.112.115.045.1911.9337006300877.771.1900.832.092.095.045.1911.9840006600902.746.0950.812.092.085.085.2312.142006800932.915.81000.82.062.065.155.312.1345007100948.70.021節(jié)能效果負(fù)荷壓力(MPa)流量（NM3/h）總功率(kw)減六成功案例22六成功案例22成功案例目前，投用荊門(mén)分公司的制氫裝置壓縮機(jī)和潤(rùn)滑油加氫改質(zhì)裝置壓縮機(jī)主要技術(shù)參數(shù)與調(diào)節(jié)范圍分別見(jiàn)表1、表2。23成功案例目前，投用荊門(mén)分公司的制氫裝置壓縮機(jī)和潤(rùn)滑油加氫改質(zhì)成功案例投用余隙調(diào)節(jié)的壓縮機(jī)還有中石油錦西分公司加氫改質(zhì)裝置K1102A/B/C壓縮機(jī)和中石化中石化湛江東興石油化工有限公司60萬(wàn)噸/年汽油加氫裝置C32201A壓縮機(jī)。24成功案例投用余隙調(diào)節(jié)的壓縮機(jī)還有中石油錦西分公司加氫七結(jié)論25七結(jié)論25結(jié)論壓縮機(jī)余隙調(diào)節(jié)有如下特點(diǎn)：氣量調(diào)節(jié)靈活、精確。因?yàn)檎{(diào)節(jié)氣量是通過(guò)調(diào)節(jié)余隙活塞的位置實(shí)現(xiàn)的，是目前電液調(diào)節(jié)的成熟技術(shù)，調(diào)節(jié)精度可以達(dá)到2‰；節(jié)電效果明顯。從標(biāo)定數(shù)據(jù)看，排氣量與功耗接近成正比。從減少通過(guò)進(jìn)氣閥氣量減少阻力損失角度，節(jié)能效果應(yīng)該優(yōu)于部分行程頂開(kāi)吸氣閥調(diào)節(jié)方式；調(diào)節(jié)信號(hào)能進(jìn)DCS，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)，也可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)控制方式設(shè)置靈活；對(duì)多級(jí)壓縮機(jī)，還能適當(dāng)調(diào)節(jié)各級(jí)壓縮比和出口壓力；增加余隙改變了壓縮機(jī)壓縮和膨脹過(guò)程速率，改善了壓縮機(jī)曲軸、連桿機(jī)構(gòu)受力，壓縮機(jī)噪音也略有降低；由于機(jī)構(gòu)沒(méi)有高速運(yùn)動(dòng)部件，故障率低，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠；投資低，改造簡(jiǎn)單易行，在裝置開(kāi)工期間也可以對(duì)備用壓縮機(jī)進(jìn)行改造；不