【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(jù)通常是根據(jù)用戶需求氣量的z*大值來考慮，即壓縮機z*大排氣量要滿足用戶的z*大需求氣量。但是在實際生產(chǎn)使用過程中，會因為現(xiàn)場種種原因，壓縮機的排氣量需要根據(jù)不同情況而改變。例如：由于用戶系統(tǒng)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程中對壓縮機的排氣量進行調(diào)節(jié)。
同時，壓縮機氣量的合理調(diào)節(jié)，為降低成本，節(jié)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(diào)節(jié)方式對往復壓縮機的節(jié)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(diào)節(jié)方法。
往復壓縮機氣量調(diào)節(jié)方法
目前，往復壓縮機普遍采用以下幾種氣量調(diào)節(jié)方法：
1. 作用于氣體管路的調(diào)節(jié)方式
作用于氣體管路的調(diào)節(jié)方式有進氣節(jié)流調(diào)節(jié)和旁路管路調(diào)節(jié)。
氣體管路進氣節(jié)流調(diào)節(jié)是在壓縮機進氣管路上安裝節(jié)流閥，通過節(jié)流閥開度的調(diào)整來調(diào)節(jié)壓縮機進氣量，從而調(diào)節(jié)壓縮機排氣量。z*高可以關(guān)閉節(jié)流閥，截斷壓縮機進氣。優(yōu)點是調(diào)節(jié)機構(gòu)簡單，缺點是要改變壓縮機入口工況，對機組有運行影響。
旁路管路調(diào)節(jié)是將進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氣管，實現(xiàn)壓縮機流量調(diào)節(jié)。優(yōu)點是調(diào)節(jié)機構(gòu)簡單，不影響壓縮機工況，缺點是不經(jīng)濟，耗能大。
2. 作用于氣閥的調(diào)節(jié)方式
作用于氣閥的調(diào)節(jié)方式有全行程，壓開進氣閥調(diào)節(jié)和部分行程壓開進氣閥調(diào)節(jié)。
全行程壓開進氣閥調(diào)節(jié)方式是壓縮機壓縮過程中，其中幾個進氣閥在壓縮過程中全行程處于全開狀態(tài)，進氣閥不吸氣，減少進氣量。優(yōu)點是易于實現(xiàn)，執(zhí)行機構(gòu)價格低，缺點是只能安裝吸氣閥數(shù)量階段性調(diào)節(jié)氣量，氣量調(diào)節(jié)不連續(xù)。
部分行程壓開進氣閥調(diào)節(jié)，是壓縮機壓縮過程中對所有進氣閥在壓縮過程中部分行程處于打開狀態(tài)，實現(xiàn)部分吸氣，控制進氣量來實現(xiàn)調(diào)節(jié)氣量。優(yōu)點是氣量調(diào)節(jié)范圍廣，無級調(diào)節(jié)，缺點是調(diào)節(jié)裝置，結(jié)構(gòu)復雜，成本高昂。
3. 作用于驅(qū)動機的調(diào)節(jié)方式
作用于驅(qū)動機的調(diào)節(jié)方式，有停轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)和變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。
驅(qū)動機停轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)是通過停止某臺或幾臺壓縮機的運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)總排氣量調(diào)節(jié)的目的。其缺點是頻繁啟動，電網(wǎng)波動較大，一段時間段內(nèi)，單臺機組啟停次數(shù)受到限制。
變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是利用驅(qū)動機轉(zhuǎn)速的快慢變化，來實現(xiàn)機組排氣量的調(diào)節(jié)，由于不改變壓縮機本身的結(jié)構(gòu)，對于多級壓縮機來說，也不會由于轉(zhuǎn)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現(xiàn)排氣量的分級或連續(xù)調(diào)節(jié)。
迷宮壓縮機氣量調(diào)節(jié)方案設(shè)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(jù)工藝流程要求，將含氟氣體壓縮增壓到一定壓力，輸送進反應塔。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(diào)節(jié)生產(chǎn)反應不同階段的壓縮機排氣量，以保證整個工藝的運行。
壓縮機的訂貨要求：壓縮機的進氣壓力為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(diào)節(jié)范圍在0～100%之間。
2. 組合式方案確定
在進行壓縮機方案選擇時，通過與用戶的充分溝通，以及對工藝具體了解，在考慮減少成本以及為用戶節(jié)能的目的下，采用分階段使用驅(qū)動機變頻調(diào)速及二反一旁調(diào)節(jié)的方法來實現(xiàn)壓縮機氣量0～100%調(diào)節(jié)。具體的氣量調(diào)節(jié)方案為：
①.50%～100%之間的氣量調(diào)節(jié)由驅(qū)動機變頻調(diào)速來實現(xiàn)
驅(qū)動機的z*高轉(zhuǎn)速定為980r/min，對應100%氣量，根據(jù)壓縮機對驅(qū)動機轉(zhuǎn)速的z*低要求，驅(qū)動機的z*低轉(zhuǎn)速定為490r/min，對應50%氣量，即，通過驅(qū)動機轉(zhuǎn)速為490～980 r/min的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)50%～100%之間的氣量調(diào)節(jié)。
②.其余0～50%之間的氣量由二回一旁路的氣動調(diào)節(jié)閥來進行調(diào)節(jié)
50%以下的氣量調(diào)節(jié)在控制驅(qū)動機轉(zhuǎn)速在490 r/min的情況下，通過調(diào)節(jié)二回一調(diào)節(jié)閥的開度來實現(xiàn)。
控制系統(tǒng)
1. 變頻控制原理
由于壓縮機排氣量與排氣壓力線性相關(guān)，所以用排氣壓力作為排氣量的量化參數(shù)。壓縮機機組的正常出口壓力設(shè)為p0，現(xiàn)場實測壓力設(shè)為pZ，則駐p=（pZ-p0），根據(jù)駐p的大小情況，經(jīng)過PID運算，根據(jù)結(jié)果控制變頻器，合理調(diào)整驅(qū)動機轉(zhuǎn)速，使實際排氣壓力與系統(tǒng)設(shè)定壓力基本符合。當駐p>0時，現(xiàn)場實際排氣壓力偏高，可通過降低驅(qū)動機轉(zhuǎn)速，減小排氣壓力；駐p<0時，說明現(xiàn)場實際排氣壓力偏低，通過提高驅(qū)動機轉(zhuǎn)速，增大排氣壓力，如圖1所示。
2. 控制約束與補償
（a）控制約束50%～100%的氣量調(diào)節(jié)，用變頻調(diào)速實現(xiàn)，考慮機組潤滑效果及躲避共振，驅(qū)動機實際轉(zhuǎn)速約束在490～980r/min，工作頻率約束在25～50 Hz。
（b）控制補償0～50%的氣量調(diào)節(jié)，由二回一旁路的氣動調(diào)節(jié)閥來進行調(diào)節(jié)，在驅(qū)動機25Hz的工作頻率下，通過調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度實現(xiàn)，如圖2所示。
3. 控制流程
運用PLC實現(xiàn)對機組氣量調(diào)節(jié)的自動控制，按照系統(tǒng)實際需要氣量自主選擇使用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)還是管路旁通調(diào)節(jié)，并根據(jù)實際工況通過PID運算后自動調(diào)節(jié)壓縮機轉(zhuǎn)速和旁路調(diào)節(jié)閥開度，從而調(diào)節(jié)壓縮機排氣量，使系統(tǒng)在需求排氣量下穩(wěn)定運行。系統(tǒng)控制流程如圖3所示。
結(jié)論
本文中的氟化工裝置用迷宮壓縮機，通過采用變頻調(diào)速與旁路調(diào)節(jié)的組合式氣量調(diào)節(jié)方式后，在節(jié)約電能的同時，該機組的設(shè)備采購價格相對采用無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)有大幅度的下降，同時在調(diào)節(jié)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時對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊。因此，這種組合式氣量調(diào)節(jié)技術(shù)在該類往復壓縮機中有推廣價值。
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，2012.
[3] 楊中強，牟乃渠，顧亞雄，徐源.基于PLC的天然氣壓縮機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化應用，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(jù)通常是根據(jù)用戶需求氣量的z*大值來考慮，即壓縮機z*大排氣量要滿足用戶的z*大需求氣量。但是在實際生產(chǎn)使用過程中，會因為現(xiàn)場種種原因，壓縮機的排氣量需要根據(jù)不同情況而改變。例如：由于用戶系統(tǒng)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程中對壓縮機的排氣量進行調(diào)節(jié)。
同時，壓縮機氣量的合理調(diào)節(jié)，為降低成本，節(jié)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(diào)節(jié)方式對往復壓縮機的節(jié)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(diào)節(jié)方法。
往復壓縮機氣量調(diào)節(jié)方法
目前，往復壓縮機普遍采用以下幾種氣量調(diào)節(jié)方法：
1. 作用于氣體管路的調(diào)節(jié)方式
作用于氣體管路的調(diào)節(jié)方式有進氣節(jié)流調(diào)節(jié)和旁路管路調(diào)節(jié)。
氣體管路進氣節(jié)流調(diào)節(jié)是在壓縮機進氣管路上安裝節(jié)流閥，通過節(jié)流閥開度的調(diào)整來調(diào)節(jié)壓縮機進氣量，從而調(diào)節(jié)壓縮機排氣量。z*高可以關(guān)閉節(jié)流閥，截斷壓縮機進氣。優(yōu)點是調(diào)節(jié)機構(gòu)簡單，缺點是要改變壓縮機入口工況，對機組有運行影響。
旁路管路調(diào)節(jié)是將進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氣管，實現(xiàn)壓縮機流量調(diào)節(jié)。優(yōu)點是調(diào)節(jié)機構(gòu)簡單，不影響壓縮機工況，缺點是不經(jīng)濟，耗能大。
2. 作用于氣閥的調(diào)節(jié)方式
作用于氣閥的調(diào)節(jié)方式有全行程，壓開進氣閥調(diào)節(jié)和部分行程壓開進氣閥調(diào)節(jié)。
全行程壓開進氣閥調(diào)節(jié)方式是壓縮機壓縮過程中，其中幾個進氣閥在壓縮過程中全行程處于全開狀態(tài)，進氣閥不吸氣，減少進氣量。優(yōu)點是易于實現(xiàn)，執(zhí)行機構(gòu)價格低，缺點是只能安裝吸氣閥數(shù)量階段性調(diào)節(jié)氣量，氣量調(diào)節(jié)不連續(xù)。
部分行程壓開進氣閥調(diào)節(jié)，是壓縮機壓縮過程中對所有進氣閥在壓縮過程中部分行程處于打開狀態(tài)，實現(xiàn)部分吸氣，控制進氣量來實現(xiàn)調(diào)節(jié)氣量。優(yōu)點是氣量調(diào)節(jié)范圍廣，無級調(diào)節(jié)，缺點是調(diào)節(jié)裝置，結(jié)構(gòu)復雜，成本高昂。
3. 作用于驅(qū)動機的調(diào)節(jié)方式
作用于驅(qū)動機的調(diào)節(jié)方式，有停轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)和變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。
驅(qū)動機停轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)是通過停止某臺或幾臺壓縮機的運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)總排氣量調(diào)節(jié)的目的。其缺點是頻繁啟動，電網(wǎng)波動較大，一段時間段內(nèi)，單臺機組啟停次數(shù)受到限制。
變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是利用驅(qū)動機轉(zhuǎn)速的快慢變化，來實現(xiàn)機組排氣量的調(diào)節(jié)，由于不改變壓縮機本身的結(jié)構(gòu)，對于多級壓縮機來說，也不會由于轉(zhuǎn)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現(xiàn)排氣量的分級或連續(xù)調(diào)節(jié)。
迷宮壓縮機氣量調(diào)節(jié)方案設(shè)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(jù)工藝流程要求，將含氟氣體壓縮增壓到一定壓力，輸送進反應塔。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(diào)節(jié)生產(chǎn)反應不同階段的壓縮機排氣量，以保證整個工藝的運行。
壓縮機的訂貨要求：壓縮機的進氣壓力為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(diào)節(jié)范圍在0～100%之間。
2. 組合式方案確定
在進行壓縮機方案選擇時，通過與用戶的充分溝通，以及對工藝具體了解，在考慮減少成本以及為用戶節(jié)能的目的下，采用分階段使用驅(qū)動機變頻調(diào)速及二反一旁調(diào)節(jié)的方法來實現(xiàn)壓縮機氣量0～100%調(diào)節(jié)。具體的氣量調(diào)節(jié)方案為：
①.50%～100%之間的氣量調(diào)節(jié)由驅(qū)動機變頻調(diào)速來實現(xiàn)
驅(qū)動機的z*高轉(zhuǎn)速定為980r/min，對應100%氣量，根據(jù)壓縮機對驅(qū)動機轉(zhuǎn)速的z*低要求，驅(qū)動機的z*低轉(zhuǎn)速定為490r/min，對應50%氣量，即，通過驅(qū)動機轉(zhuǎn)速為490～980 r/min的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)50%～100%之間的氣量調(diào)節(jié)。
②.其余0～50%之間的氣量由二回一旁路的氣動調(diào)節(jié)閥來進行調(diào)節(jié)
50%以下的氣量調(diào)節(jié)在控制驅(qū)動機轉(zhuǎn)速在490 r/min的情況下，通過調(diào)節(jié)二回一調(diào)節(jié)閥的開度來實現(xiàn)。
控制系統(tǒng)
1. 變頻控制原理
由于壓縮機排氣量與排氣壓力線性相關(guān)，所以用排氣壓力作為排氣量的量化參數(shù)。壓縮機機組的正常出口壓力設(shè)為p0，現(xiàn)場實測壓力設(shè)為pZ，則駐p=（pZ-p0），根據(jù)駐p的大小情況，經(jīng)過PID運算，根據(jù)結(jié)果控制變頻器，合理調(diào)整驅(qū)動機轉(zhuǎn)速，使實際排氣壓力與系統(tǒng)設(shè)定壓力基本符合。當駐p>0時，現(xiàn)場實際排氣壓力偏高，可通過降低驅(qū)動機轉(zhuǎn)速，減小排氣壓力；駐p<0時，說明現(xiàn)場實際排氣壓力偏低，通過提高驅(qū)動機轉(zhuǎn)速，增大排氣壓力，如圖1所示。
2. 控制約束與補償
（a）控制約束50%～100%的氣量調(diào)節(jié)，用變頻調(diào)速實現(xiàn)，考慮機組潤滑效果及躲避共振，驅(qū)動機實際轉(zhuǎn)速約束在490～980r/min，工作頻率約束在25～50 Hz。
（b）控制補償0～50%的氣量調(diào)節(jié)，由二回一旁路的氣動調(diào)節(jié)閥來進行調(diào)節(jié)，在驅(qū)動機25Hz的工作頻率下，通過調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度實現(xiàn)，如圖2所示。
3. 控制流程
運用PLC實現(xiàn)對機組氣量調(diào)節(jié)的自動控制，按照系統(tǒng)實際需要氣量自主選擇使用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)還是管路旁通調(diào)節(jié)，并根據(jù)實際工況通過PID運算后自動調(diào)節(jié)壓縮機轉(zhuǎn)速和旁路調(diào)節(jié)閥開度，從而調(diào)節(jié)壓縮機排氣量，使系統(tǒng)在需求排氣量下穩(wěn)定運行。系統(tǒng)控制流程如圖3所示。
結(jié)論
本文中的氟化工裝置用迷宮壓縮機，通過采用變頻調(diào)速與旁路調(diào)節(jié)的組合式氣量調(diào)節(jié)方式后，在節(jié)約電能的同時，該機組的設(shè)備采購價格相對采用無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)有大幅度的下降，同時在調(diào)節(jié)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時對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊。因此，這種組合式氣量調(diào)節(jié)技術(shù)在該類往復壓縮機中有推廣價值。
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，2012.
[3] 楊中強，牟乃渠，顧亞雄，徐源.基于PLC的天然氣壓縮機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化應用，2013，（11）：74-75.
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