可变余隙容积调节在往复式压缩机上的应用

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往复式压缩机属于容积式压缩机，是使-定容积的气体按顺序吸入和排出封闭空间、提高静压力的设备，其在国防、冶金、化工、炼油、机械等工业领域广泛使用。往复压缩机在高参数、低分子量气体等输送诚，尤其在炼油企业的应用是其他类型压缩机所不能替代的 。

往复式压缩机-般是按规定的工艺条件和额定的流量进行设计的，在选型时主要考虑满足峰值流量，这使得压缩机运行时流量经常处于富余状态，有效负荷率常常只有60% ～85% 。往复式压缩机在正常工作状态下的容积流量基本上保持不变，但是由于原料组成不同以及工艺过程的波动，会造成压缩机人 口压力、温度、介质组分变化而使压缩机操作不稳定或能量浪费。因此，对往复式压缩机的排气量和排气压力进行控制，有助于往复式压缩机稳定高效运转。流量调节的方法主要有：①旁通调节；②余隙腔调节。实际应用中的余隙容积调节方法又分为固定和可变余隙调节；⑧转速调节。

目前国内炼油厂普遍采用的是旁路节流调节方法 ，这种调节方法虽然简单可靠，但是能量浪费严重、能耗高。在当今能源日益紧张、提倡节能与环保的发展趋势下，这就要求压缩机能够在更大的范围内实现排气的连续调节。即可以概括为：可靠、稳定、精确、节能。往复式压缩机气量无级调节系统(可变余隙调节)能根据主控变量的变化而对压缩机的排气量和级问压力进行控制，使压缩机始终运行在最佳状态，有效降低能耗。

因此，对于炼油生产装置中气量调节频繁、原动机较大压缩机上实现节能、降耗、增效已成为炼油企业的不可忽视的问题。

对中国石油锦西石化公司柴油加氢改质装置的压缩机采用余隙自动无级调节专利技术(专利号：ZL 2008 2 0066897.8)，新氢压缩机辅助余隙腔被设计成完全打开余隙阀后，可以减少 40%的额定排气量。通过可变余隙容积调节往复式压缩机的气量，可以实现制柴油加氢改质装置压缩机排气量在 60% ～100%的额定负荷内自动和手动无级调节。其中的可变余隙容积是采用比较普通的电液控制和执行机构，对整机的改造费用远低于部分行程顶开进气阀调节方式，维护也相当简单。由于没有多余气量反复进出进气阀，阻力损失小，能耗降低显著。同时，也能够使压缩机始终处于最佳运行状态。

2 可变余隙容积自动无级调节系统组成、工作原理及控制系统2.1 可变余隙容积自动无级调节系统的组成可变余隙容积自动无级调节系统主要由安装在各个气缸外侧的执行机构、控制柜和漏气阀组收稿日期：2013-03-20；修回日期 ：2013-07-3l。

作者简介：朱赫礼(1981-)，男，辽宁大连人。2009年毕业于辽宁石油化工大学，获得化学工程专业硕士学位。现在中国石油锦西石化公司制氢加氢车间从事炼油生产 与管理工作。电话：18042908097；E-mail：zhuheli2006###163.conl。

. 238·齐 鲁 石 油 化 工QILU PETROCHEMICAL TECHNOLOGY 2013年第41卷前提下，仅对压缩机缸盖(含余隙阀)进行改造；②可变余隙容积采用电液控制方式；③让排气量在60% ～100%内进行可变余隙容积自动无级调节。

3.2 改造前后压缩机参数变化往复式压缩机改造前后的主要技术参数列于表 1∩变余隙容积自动无级调节系统投用前，- 级返回控制阀开度为60%，电机电流为260 A，贝0功率 P，/3 Ulcos：√3×6 000 V X 260 A×0.8792 375.06 kW；可变余隙容积 自动无级调节系统投用后，-级返回控制阀开度为 0，电机电流为220 A，功率 P√3 Ulcosp√3×6 000 V×220 A×0.8792 009.66 kW。由此可见，安装可变余隙容积自动无级调节系统以后，可以节约功率 365.40 kW。

图5 可变余隙调节系统控制示意1-二级无级调节余隙缸；2-三级无级调节余隙缸；3-主电机；4--级无级调节余隙缸；5-可调余隙活塞；6-余隙缸；7-液压缸 ；8-传感器；9-仪表与电气控制系统；10-液压油控制系统表 1 往复式压缩机的主要技术参数目前，3台往复式压缩机暂有 1台安装了可变余隙容积自动无级调节系统。该压缩机按每年运转 4 000 h计，可节约电能 WP×t365.40kW×4 000 h1 461 600 kW ·h，按 1 kW ·h电0.85元计，每年可创造经济效益 124.24万元。

3.3 改造前存在问题及改造后运行情况表2列出了柴油加氢改质装置压缩机改造前存在问题及处理。

表2 改造前压缩机存在问题及处理时间 问题 处理情况2007-04-24T12 1302008-09--05T12：3020l-10运转新氢机(K1 102C)-级活塞杆断裂，活塞撞碎气缸盖后飞出，造成氢气大量外泄引发火灾。

新氢机(K1102B)-级活塞体碎裂，强大的活塞冲击力将-级端盖撞击变形，瞬时大量氢气外泄。

新氢机 (K1102A)-级缸不做功，切 机后发现K1102A-级活塞有 17 Cll裂纹。

立即室内关停 K1102C，关闭 K1102C新氢人 口阀。12：45大火被扑灭。

切断氢气并用氮气进行置换 ，避免了因氢气泄漏着火或其他关联事故的发生。

巡检人员在巡检的时候及时发现新氢机有异常响声，马上做出停机处理，及时避免事故发生。

第 3期 朱赫礼，等.可变余隙容积调节在往复式压缩机上的应用 .239。

由表 2知，事故隐患都是由于压缩机-级缸体自身设计问题造成的(-级缸体容积设计大是为了满足航煤加氢系统的氢气使用量，为了减少再上 2台3 000 in /h压缩机，节省设备投资而设计的-级缸体容积大的特殊型号压缩机)。由于- 级缸体容积设计较大，二级缸体容积设计较小，造成-级排气量与二级进气量不匹配，破坏了压缩机的动平衡 ，导致压缩机机体震动大。-级缸体容积大，-级缸活塞做功就多，导致-级缸额定排气量大，而二级缸容纳不了-级额定排气量，因此，-级返回控制阀(风关阀)需要有 60%左右的开度，可以使-级缸富余的气量重新返回-级缸入 口，这就导致-级缸活塞白做 40%的额定功。

由 ，额定F平均额定×S(F为压缩机推力，N；S为活塞截面，in )，安装可变余隙容积自动无级调节系统后，实际做 功 际60% 定，由 际F平均实际X S，可知 F平均实际60%F平均额定，该压缩机额定推力 (F平均额定)为 784 kN，可得 F平均实际470.4 kN。因此，这就降低了-级缸活塞工作强度，提高了活塞的使用寿命。

可变余隙容积 自动无级调节系统的安装，不仅减少了不必要的做功，且压缩机机体噪音和管线振动位移明显减小，管线振动位移由原来 25mm减小至5 mm。因此，压缩机的安全性能得到了提高。

4 结论可变余隙容积自动无级调节系统，在中国石油锦西石化公司柴油加氢装置往复式压缩机中的实际应用结果表明：该系统输出气量稳定性高、参数设置便捷、投资和维护费用较低、节能效果好。

而且由于-级缸活塞负荷降低40%，活塞使用寿命得到提高。因此，往复式压缩机的安全性能也得到了改善。