往复式压缩机的流量调节方式探讨

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往复式压缩机在石油化 工、冶金 、制冷、矿业等工业领域中有着广泛 的应用 ，且通常都是装置中的核心设备。在炼油化工装置 中，往复式压缩机通常根据工艺流程 中所需的最大流量和最大压比进行选型，但在实际运行 过程 中往往需要根据生产情况对压缩机进行变工况操作，当工艺所需流量低于压缩机设计流量时 ，就需要对压缩机进行流量调节n 。选择 合适的流量调节方式 ，在压缩机长期稳定运转、降低能耗等方面都有重要意义，这也成为压缩机设计者、使用者 日益关注的问题之-。

1 往复式压缩机的排气量往复式压缩机的排气量指的是在单位时间内压缩机排气端测得的气体体积，通常换算为压缩机人 口条件下的数值 。在炼油化工装置中的往复式压缩机的气缸多为双作用式，其理论排气量计算公式为 ：V - (2D - d。)S (1)4式 中： -- 理论排气量，m。/min；D--气缸直径 ，m；- - 活塞杆直径 ，m；S～- 活塞有效工作行程 ，m；～ - 曲轴转速，r/min；- 同级汽缸数 。

但在实际运行中，由于受余隙容积、气体泄漏、入 口压力损失等因素的影响，压缩机的实际排气量会低于理论排气量 ，在设计时通常是引入-个排气系数 ，即压缩机 的实际排气量 的计算公式为 ：V--(2v -d2)SnlA (2)从公式 (2)来看 ，若要改变往复式压缩机 的排气量 ，可以通过改变转速 n或者改变活塞的有效工作行程S来改变有效工作容积。此外，还可以通过压缩机的间歇操作 、旁路 回流进行流量调节 。

2 流量调节方式2.1 间歇操作调节压缩机间歇操作的调节方式，主要应用于小功率的压缩机或者多台压缩机并联的情况 。当压缩机功率较小 ，且下游配有较大的储气罐时，多采用 间歇式操作的调节方式 ，其优点是主机上不需要增加任何辅助设施 ，但频繁的启停会影响 电机寿命，加剧轴承、填料等部件的磨损，严重时会烧毁轴承，此外启动过程的能耗比较大 。因此，需要限制压缩机间歇操作的频率，设计容积尽量大的储气罐 ，配置启动卸荷设施 ，如排气端放空等。对于大型压缩 机 ，启 动会对 电网造成较大 冲击 ，因此 ，在炼化装置中除非是多台压缩机并联 ，否则不采用间歇操作 的调节方式。

2.2 变转速调节变转速调节是通过改变单位时间内活塞压缩气体的次数，达到流量调节的目的，其优点是调节过程连续，在多级压缩时不会改变各级压比分配，收稿 日期 ：2011-01-24。

作者简介：李金波，男，2008年毕业于北京化工大学化工过程机械专业，硕士，现在动设备室从事动设备设计工作，工程师，已发表论文 5篇。

Email：lijinbo###sei.com.cn石 油 化 工 设 备 技 术无需设置压比调节机构。主要优势在 ：1)压缩机转速降低，流经压缩机的气体流速降低，在气阀、管路中的压力损失相应降低。

2)压缩机转速降低，气体流经冷却器的时间增加，热交换更加充分，冷却效果更好 。

3)机械摩擦功耗与压缩机的转速近似正比关系，转速降低，功耗相应减校但变转速调节多用于汽轮机或内燃机驱动的压缩机上，当压缩机为电机驱动时，须配置变频器或采用变频电机，由于大功率、高压变频器价格昂贵，而且需要经常维护 ，因此，变转速调节很少应用于大功率电机驱动的往复式压缩机。

2.3 旁路调节旁路调节就是部分压缩机出口的气体返回到人口或直接放空。由于压缩机已经对气体压缩做功完毕，所以旁路调节并不省功，虽然这种方法是最不经济，但比较可靠，也简便易行。

1)直接放空直接放空 的方法 是在压缩机 出 口加放 空管路，将-部分气量直接排人大气或火炬，通过控制放气量来调节装置用气量。通常放空管路位于压缩机各级出口冷却器之前，以此减少冷却水 的耗量。直接放空可以实现压缩机流量 的连续 自动控制 ，并且在开机和事故工况下卸荷迅速 。

2)出、入 口连通旁路调节将压缩机末级出口与首级入口用旁路连通进行调节。这种调节方式可以保证压缩机在各级工况(温度、压力)都不变的情况下工作 ，并且可 以通过控制旁路阀的开度，实现流量的连续调节。

3)多级返回旁路调节在大型多级往复式压缩机 中，经常采 用这种调节方法 ，还可以用于压缩机启动时卸荷 ，以及调节各级压 比，图 1为某三级压缩机的调节示意图。

当压缩机 的级数 比较多时 ，若在每级之后都设 回流旁路，虽然调节方便，但管路会变得很复杂，因此应根据工艺需要 ，选择若干级设回流旁路 。

3 改变气缸有效工作容积从公式(2)可以得出，改变压缩机气缸的有效工作容积，可以改变压缩机的流量，常用的是顶开吸气阀和连接辅助容积进行调节。

3.1 顶开吸气阀调节顶开吸气阀调节的原理是：气体吸入气缸后，活塞在进行压缩动作时，通过气阀顶开机构使其保持打开的状态，从而将部分或全部吸人的气体通过吸气阀排除，从而实现气量调节。按照吸气阀被压开过程的长短 ，可分为全行程压开 吸气阀和部分行程压开吸气阀两种方式 ：进气管图 1 多级返 回旁路调节1)全行程压开吸气 阀：在活塞动作的全过程中，始终将吸气阀完全开启，气体可以自由地从吸气阀吸入并排出。这种调节方法为分级调节，例如每级用-个双作用气缸时，若只顶开活塞-侧的进气阀，气量降低 5O ，如果两侧同时顶开，则排气量为零 ，这样可实现气量 0，50 ，100 三级调节；若每级用两个双作用气缸，就可以实现气量 0，25 ，50Yo，75 ，100 五级调节∩见，全行程压开吸气 阀的调节流量间隔较大 ，适用于粗调 。

2)部分行程压开吸气阀：调节原理与全行程压开吸气阀类似，但它通过控制压缩行程中吸气阀的关闭时刻，控制返回气量的多少，从而实现气量连续调节，属于无级调节 。

理论上 ，由于气体没有被压缩 ，顶开吸气阀调节流量的方法 ，只是在吸气 阀处进进出出，因此无功耗。但实际上，由于气体进出气 阀通道时会产生摩擦 ，以及存在 的通流阻力还是会消耗掉-部分功，并