HydroCOM4.0气量无级调节系统在循环氢往复压缩机上的应用

李　强

(中海炼化惠州炼化公司，广东　惠州　516086)



HydroCOM4.0气量无级调节系统在循环氢往复压缩机上的应用

李强

(中海炼化惠州炼化公司，广东惠州516086)

介绍了HydroCOM4.0气量无级调节系统的原理、应用方案及对催化汽油选择性加氢脱硫装置的影响。从使用结果表明：该系统操作简单，机组运行平稳，节能效果明显，增强了往复式压缩机的生产能力，提高了机械效率，大大节约了电耗。通过阐述系统组成、控制方案、实际应用效果,证明这是一项在石油化工行业值得推广的节能技术。

催化汽油选择性加氢脱硫装置；循环氢压缩机；HydroCOM4.0；节能

压缩机是加氢装置的主要耗能设备之一，如何提高压缩机的效率，降低能耗对整个装置的节能降耗有着重要的意义。惠州炼化催化汽油选择性加氢脱硫装置循环氢压缩机采用两台2D80-74/16-28型往复式压缩机，单机设计气量为66000 Nm3/h。由于操作条件较设计工况缓和，目前实际循环氢量仅为单机设计气量的70%～80%，约有16000～20000 Nm3/h的富余氢气通过返回线返回至压缩机入口。由于大量的增压氢气没有进入系统便返回了压缩机入口，造成了能量的白白浪费,同时冲击力作用造成管线出现较强振动，带动钢结构框架出现局部振动，支撑在框架上的管线也出现了不同振幅的晃动。鉴于上述情况，经过讨论决定在压缩机上装备HydroCOM气量无级调节系统。采用HydroCOM气量无级调节系统主要原因如下：

(1)117单元往复式压缩机内介质为氢气，压力2.4MPa，易燃易爆且压力较高，而且往复压缩机是117单元核心装备，若有问题停机必然造成装置停工，所以必须选择可靠的调节系统。装备贺尔碧格公司开发的HydroCOM气量无级调节系统，已经在多个国家和地区有应用先例，且国内的已经装备180多套，在国内同类产品市场占有率达90%左右。

(2)在惠州炼化分公司内部已有应用先例，106单元106-K-101A,107单元107-K101B也是装备贺尔碧格公司开发的HydroCOM气量无级调节系统，经过一年多的运行，不仅安全可靠，而且节能效果明显。

(3)往复式压缩机装备完气量无级调节系统后，富余氢气通过返回线将调节为0，理论上返回管线振动将消除，且富于氢气不返回，节约大量氢气，压缩机负荷大为降低，电流大幅度降低，节能效果将十分显著。

1　系统原理及组成

1.1HydroCOM4.0系统工作原理

往复式压缩机活塞在气缸中的一个工作循环包括膨胀、进气、压缩和排气四个部分：

从A到B曲线：压缩机中残留高压气体的膨胀过程。从B到C曲线这个阶段属于进气过程从C到D曲线这个阶段属于压缩过程，从D到A曲线：这个阶段属于排气过程，排气阀打开，被压缩体经过排气阀进入下一级过程。压缩机一个工作循环所需为图1中A-B-C-D所围成的封闭曲线对应的面积[1]。

HydroCOM4.0系统的节能原理：在压缩机活塞的往复运动中，气缸进气结束到达C点时，HydroCOM4.0的卸荷器强制将压缩机吸气阀顶开，此时气体从气缸中经被顶开的进气阀流回进气管而不被压缩；待活塞运动到特定的位置Cr(对应实际所需气量)时，卸荷器释放，顶开进气阀片的强制作用力消失，进气阀片回落到阀座上而关闭，气缸内剩余的气体开始被压缩，压缩过程沿着位置(1r到达位置Dr。所以整个压缩过程就由C到D改为C到Cr再到Dr。气体达到额定排气压力后从排气阀排出，容积流量减少。应用HydroCOM4.0系统后，压缩机一个工作循环所需能量为图1中A-B-C-Cr-Dr所围成的封闭曲线对应的面积[2]。如图1所示。

图1　压缩机示功图及HydmCOM作用下的PV图

安装HydroCOM4.0的压缩机部分负荷运行时，进气结束后不能立即进入压缩过程，因为进气阀在执行机构及卸荷器的作用下依然保持完全打开的状态，气缸里的气体不被压缩，就回流到进气腔。当CIU传输给执行机构的指令被执行后，进气阀才关闭，保留在气缸里的气体才会被压缩。该情况就是部分气体被压缩，电机的实际能耗相应的降低，达到节能的目的[3]。如图2所示。

图2　HydroCOM4.0系统工作原理图

1.2系统组成

如图3所示：HydroCOM4.0系统主要由中间接口单元CIU、液压油站HU、液压执行器HA、TDC传感器及相关附件等组成。其中中间接口单元CIU是系统的重要组成部分，它起到了中间转换接口的作用，使HydroCOM系统简化为一个可以接受4～20 mA标准电流信号的调节阀，更容易与现有的DCS或者其它控制系统集成在一起[4]。

液压油站HU提供机械动力。通过内置齿轮油泵的作用，把液压油的压力从常压提升到7MPa。隔膜蓄能器安装在液压油供油及回流管路上来稳定油压。

上死点传感器安装在飞轮上，TDC传感器传递活塞在气缸上的即时位置，以保证气阀被顶开之时是吸气终了的压缩阶段。

EPS向执行机构提供48 VDC外部电源。

图3　HydroCOM4.0系统结构组成

2　控制方案设计

2.1未使用HydroCOM4.0前的控制方案

117-K-101A/B两台压缩机，原来运行方式为一开一备。装备HydroCOM4.0前，气量调节通过旁路阀和全程压开进气阀的开/关方式来实现。

图4　工艺控制简图

2.2HydroCOM4.0控制方案

117-K-101A/B两台压缩机一开一备，压缩机A机为备用机，配备了新系统B 机提供可变气量，压缩机的实际有效控制范围就可从0%到100%。

FIC00704B为反作用，控制目的是让FI00704B设定值为0，当回流量增大，FIC00704B输出值减小，HydroCOM4.0负荷减低，实现减少流量的目的。

实际输出至CIU的信号需要进行线性化，经过上述线性化，FT-00704B的输出为4～20 mA标准电流信号,CIU控制柜接收DCS输出经过线性化后的0～100%信号后，转换成液动执行机构的工作电压信号0～48 V，进而实现对压缩机负荷的控制功能。

2.3灵活的控制设计

安装了新的气量无级调节系统后，为保证生产装置的正常运行，原回流控制系统仍然需要保留，以作为新系统故障时的备用应急流量调节系统。

新的系统可与现有DCS系统配合使用，与DCS相关的工作须由各方配合完成。根据117-K-101A/B压缩机的结构参数，对DCS的基本要求如下：

DCS 到HydroCOM系统的4～20 mA模拟电流信号：2个(压缩机各级负荷控制信号)

DCS到HydroCOM系统的激活用开关点：1个;

HydroCOM系统到DCS的报错、报警开关点：3个;

HydroCOM系统到DCS的4～20 mA模拟电流信号：10个(阀室外盖处温度信号8个+液压油站压力、温度信号2个)。

117-K-101A/B机装备新的HydroCOM系统后可以做到：

(1)新的系统可实现压缩机0% ～100%负荷范围内的无级调节；

(2)新系统可以对压缩机总出入口压力进行自动控制，在系统中仅需输入要求的压力值，新的系统即可自动跟踪并且稳定此压力；

(3)新的系统经控制逻辑设计，可以实现手动操作、自动操作和系统切除的功能；能实现压缩机的平稳启动、加载、切换和停机；

(4)HydroCOM系统故障时可自动切除，使用原旁通调节方式接手气量调节任务。

3　结　论

通过本文所阐述的控制方案的实施，HydroCOM4.0气量调节系统能够非常好地满足装置的实际需要。按照装置当前的负荷，对HydroCOM4.0系统投用经济效益分析，压缩机功率2500 kW，投用前电机电流130～140 A，投用后压缩机负荷为原来的70%～80%，电机电流90～100 A，按照年平均运行时问8500 h，每年可节约电费200万元左右，经济效益显著。而且通过增上HydroCOM4.0气量调节系统，返回氢量大幅下降，冲击力作用减少，管线的振动大大降低。

[1]梁涌.往复压缩机气量无级调节系统的原理及应用[J].压缩机技术,2007,22(2):06-22.

[2]陈睿．气量无级调节系统的原理及应用[J]．广州化工，2012,7(2):7-23.

[3]莫少明,孟剑,王军营.HydroCOM在炼油企业往复压缩机上的应用[J].压缩机技术,2010,21(2):20-22.

[4]安士萍.气量无级调节系统在新氢压缩机上的应用[J].安庆科技,2011,10(5):5-15.

HydroCOM4.0 Gas Stepless Adjustment System in the Recycle Hydrogen Reciprocating Compressor

LI Qiang

(CNOOC Huizhou Refining & Petrochemicals Company,Guangdong Huizhou 516086,China)

The application of HydroCOM4.0 infinitely variable control of hydrogen flowrate of recycle hydrogen compressor in FCC gasoline selective hydrodesulphurization unit was introduced．The operation results indicated that the system operation was easy and stable．The operating capacity of the reciprocating compressor was increased with higher mechanical efficiency and great energy saving．Via describing the system structure，the control specification，the results of practical application，it was proved to be a valuable energy saving technology to promote in petrochemical industry．

FCC gasoline; selective hydrodesulfurization; recycle hydrogen compressor; HydroCOM4.0; energy saving

李强(1980-)，男，2005年毕业于郑州轻工业学院，学士，中海炼化惠州炼化分公司运行一部工作，催化汽油选择性加氢脱硫装置设备工程师。

TH457

A

1001-9677(2016)011-0190-03