空压机系统运行优化研究

赵勇涛

摘 要：某油气处理厂目前采用3台英格索兰SH150型空气压缩机，为处理厂提供仪表风和吹扫风，保证装置运行的气动能源。本文结合该油气处理厂用空气压缩机在使用过程中出现的问题进行分析研究，提出解决方法，有助于提高空压机的寿命，减少资源浪费，降低噪声污染，提高工作效率，保证空压机平稳运行。

关键词：空压机；系统运行；程序优化

中图分类号： TH45 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2017）05-187-2

1 空压机干燥塔程序优化与评价

某油气处理厂空压机出口干燥塔为IRD型无热再生干燥塔，是按美国全国电气制造商协会（NEMA）规定的10分钟循环设计。其中干燥5分钟，再生4分20秒，升压30秒，降压10秒。当干燥塔内与管道同压的5分钟期间，另一塔内的干燥剂再生，通过再生流量调节阀和再生压力表的调节，约14%的出口干燥空气被用来再生干燥剂。再生空气进入再生塔后膨胀，压力突然降至大气压力，使含水干燥剂得以再生，干燥空气流经排气阀将水分排出。

该干燥塔工作方式虽然原理简单、操作方便，但存在耗电量高、蝶阀易损坏、设备维护周期缩短等问题。

1.1 问题发现与分析

由于干燥塔循环周期为10分钟，在10分钟里左右塔各干燥5分钟。在一天运行时间里干燥塔要切换288次，导致干燥塔及其空压机出现以下2个问题：

①在空压机卸载时，由于干燥塔使用的是固态时间控制器使其无法同步停止工作。造成干燥塔仍然再生造成大量干燥气用作再生气浪费。

②在空压机卸载时干燥塔继续工作浪费干燥气，造成压缩空气的不必要浪费，进而进一步造成加大空压机的运行负荷，造成资源浪费。

1.2 程序优化

为有效节约能耗、控制维修成本，计划对空压机干燥塔进行技术改造，改造后干燥塔能够实现以下功能：

①当空压机加载时干燥塔能够正常运行进行切换；

②当空压机达到卸载压力值卸载的同时，干燥塔停止运行，此时再生塔计时器停止计时并且关闭再生塔的排气蝶阀使再生塔通过再生调节阀处管线升压；

③当空压机到达启机压力值空压机启机加载同时干燥塔开始运行，此时再生塔计时器恢复计时并且打开再生塔排气蝶阀进行排气并带走再生塔内干燥塔内水分。

干燥塔系统运行优化方案如下：

①在空压机干燥塔现有固态计时器EC-002410基础上新增加1台可编程的时间控制器作为主控制器（可采用SIEMENS公司的S7-200控制器），控制干燥塔的吸附-再生运行。原有固态计时器EC-002410作为备用，正常运行时不参与控制。

②从空压机机组内加载电磁阀内接出信号线进入到新增加的时间控制器内作为干燥塔的吸附、再生启/停条件，实现加卸载与干燥塔启/停同步。当空压机卸载时干燥塔同时停机，两塔状态（再生/干燥）保持在停机时不变，控制程序暂停，再生塔的排气蝶阀关闭；当空压机加载时干燥塔同时启动，两塔控制程序结束暂停，继续之前状态运行。

1.3 结果与评价

经对干燥塔改造后，当空压机加卸载时，干燥塔的运行状态分别如图2所示。

原空压机加载7min，卸载3min。程序优化后加载7min，卸载7min。

改造前空压机全天能耗：

（24×7/10）×150+（24×3/10）×40=2808kW·h

改造后空压机全天能耗：

（24×7/14）×150+（24×7/14）×40=2280kW·h

全年节约电费：

（2808-2208）×365×0.62=13.6万元

2 空压机加卸载压力优化与评价

2.1 问题发现与分析

空压机目前运行状况为加载压力0.78MPa，卸载压力0.85MPa，加卸载周期为14分钟，加载7分钟，卸载7分钟。

主机设置卸载后15分钟后不加载，主机停。现工况下，主电机在卸载状态不停止运行，造成主机空转，浪费电能。

2.2 程序优化

空压机的加载卸载频率直接影响空压机主机停机时间，通过设置主机停机程序，降低空压机加载压力，从而延长空压机卸载时间，增长主电机停机时间，实现节能降耗的目的。并且保证空压机正常工作，保障装置仪表风用气。

①通过优化主机启停逻辑，可将卸载后主机停机时间提前；

考虑到主机运转的缓冲期，及主机出厂参数设置范围，故启停逻辑设置为卸载后2min不加载，即停机。

②通过降低加载压力设定值，延长空压机卸载时间，减少主机频繁启停。

空压机干燥塔程序优化以后，加载压力0.78MPa ，卸载压力0.85MPa，卸载时间为7分钟。系统平均下降速率约为：（0.85-0.78）/7=0.01MPa/min

系統极限压力为0.4MPa，为保证当空压机故障时，仪表风系统维持时间大于设计值30min，由此可计算出加载压力最小值：0.4+0.01×30=0.7MPa

为保证仪表风系统的安全系数，将加载压力设置为0.72MPa。

2.3 结果与评价

通过此次改造，在空压机卸载时主电机自动停止，节约了电能，后将加载压力调整为0.72MPa，空压机运行周期增长，将主电机启停频率降低，降低了对主电机的损耗。

原加载7min，卸载7min。现加载23min，卸载2min，主电机停27min。通过计算，空压机运行中，加卸载及停机时间占运行周期的比例：优化前：加载时间50%，卸载时间50%； 优化后：加载时间44%，卸载时间4%，停机时间52%。

改造后仍然存在一些问题，水露点测试结果涨幅较大，原因在于改造后，由于空压机卸载时再生阀关闭，干燥塔无法进行再生，需要定期对水露点进行测试。

3 结语

通过对空压机系统运行进行优化，有助于减少资源浪费、降低能耗，单台空压机全年可节省28.3万元。程序优化以来，机组运行平稳、水露点合格，验证了该优化方案可行、技术可靠。该项系统优化在油田、在行业内有较大的推广价值，且经济效益明显。

参 考 文 献

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