余隙调节系统在干气提浓半产品气压缩机上的应用

饶建平

（中国石化武汉分公司，湖北武汉 430082）

1 半产品气压缩机概况

中国石化武汉分公司（武汉石化）联合三车间2万m3/h（标准状态，以下同）干气提浓装置有2台半产品气压缩机，为四列三级对称平衡式M型压缩机。压缩机主要性能参数见表1。

表1 半产品气压缩机主要性能参数

半产品气压缩机是将100#单元PSA来的半产品气压缩后，一部分从二级出口抽出，经过调节阀287FIC82101返回PSA单元作为置换气，另一部分气体从三级出口抽出，去300#精制单元进行脱硫、精制。压缩机设置二返一调节阀287PIC82101、三返三调节阀287PIC82105A/B调节压缩机运行负荷，保证压缩机一级、三级入口压力，工艺流程见图1。

2 半产品气压缩机运行情况及存在的问题

压缩机组运行时一开一备。压缩机将PSA单元来的富乙烯半产品气压缩升压后，一部分返回PSA单元作新鲜置换气（压力0.7 MPa），另一部分半产品气（压力2.8 MPa）送往后续单元精制，除去杂质。自装置投产以来，因生产调配需要，压缩机入口流量只有7 000 m3/h左右，而设计流量是15 279 m3/h，因此运行时二返一调节阀开度达到70%，且副线开度50%，三返三调节阀开度达到60%，方可满足压缩机运行要求。压缩机运行过程中振动较大，其中二级振动尤为突出。为减小机组振动，进行了一期改造：1）将二级进气管线及排气管线进行扩径；2）在二级进气缓冲罐入口、二级排气缓冲罐入口以及二级排气缓冲罐出口设置孔板；3）对机组附属管线支撑进行加固和改造，但由于压缩机入口流量过小，二返一及三返三开度过大，压缩机的振动仍然无法减弱，幅度一直在8～13 mm/s之间波动，且噪音严重超标。

图1 半产品气压缩机工艺流程

同时压缩机在运行时发现三级进气、排气阀表面结垢严重，将进气阀解体，发现阀片与阀座密封面有大量催化剂结垢物，并且还附着黄白色的结晶物，阀片弹簧锈蚀卡涩，弹性失效，部分弹簧出现断裂情况，见图2。

图2 三级进气阀弹簧断裂

3 压缩机改造方案及适用范围

为减少电能消耗及解决机组运行时振动和噪音过高、机组三级严重结垢问题，将其中一台半产品气压缩机进行余隙调节系统改造。可调余隙调节执行机构见图3，余隙调节系统通过调节余隙容积的大小，达到调节气量和减少功耗的目地。余隙调节系统具有调节气量稳定性好、参数设置灵活、投资及维护费用低、节能效果好、系统可靠的特点，适合需要气量在60%～100%范围变化的活塞式压缩机。

图3 可调余隙调节执行机构示意

4 余隙调节系统工作原理

图4为压缩机存在余隙容积Vc、Vc’的示意图和理想气体示功图。

图4 存在余隙Vc、Vc’的示意图和示功图

在图4中，1-2-3-4表示存在余隙容积Vc时全排气量的循环图。由于有余隙容积Vc的存在，使工作活塞在右行之初，因留存在余隙容积Vc内的气体压力大于进气管道的压力而不能吸入气体，直到活塞右行到位置4时，气缸内气体体积由Vc膨胀到V4、压力由P2下降到P1时才开始进气。进气量相应的线段长度为4-1，压缩过程为1-2，排气过程为2-3，膨胀过程为3-4。1-2-3-4-1包围的面积即为一个往复行程需要的功。

如果在余隙容积Vc基础上再增加余隙容积到Vc’，排气量和所需要的能耗均减小。

5 余隙调节系统的使用效果

5.1 余隙调节系统的节能效果

半产品气压缩机满负荷时吸入量为15 297 m3/h，正常运行时为7 000 m3/h左右，压缩机使用余隙调节系统，负荷在70%左右即可满足生产需求，机组改造前后运行数据见图5，压缩机节能效果见表2。

图5 机组改造前后运行数据

表2 余隙调节系统的节能效果

半产品气压缩机在装置现有负荷下，压缩机按70%负荷运行即可满足生产需要，相比改造前100%负荷，预计节约电能648 kW·h/h，按工业用电0.692元/（kW·h）、年运行8 400 h计算，年节约电费376.67万元。

5.2 降低了压缩机的振动

半产品气压缩机使用余隙调节系统后，半产品气压缩机负荷可在60%～100%调节，压缩机的运行负荷从100%降至70%，二返一开度也从原来的70%降至40%左右，有效减小了机组负荷，降低了由于二返一返回流量过大引起的气流脉动造成的机组振动，机组振幅由8 mm/s左右下降至3 mm/s左右。改造前后振动值见表3。

表3 余隙调节系统使用前后压缩机振动情况

5.3 减少了压缩机三级气阀结垢现象

半产品气压缩机工作介质为干气，主要组分是C1～C5烃类物、少量含硫化合物及催化剂粉末，由于三级气缸压力较高，三返三开度过大，大量气体在三级气缸反复压缩，少量烃类物达到饱和变为液态与催化剂粉尘结垢吸附于气阀表面，导致气阀密封不严，弹簧失效，气阀内漏；活塞环与活塞槽因结垢卡死，密封效果不好且加大磨损；填料因结垢与活塞杆磨损严重，漏气量大。

使用余隙调节系统后，压缩机三返三开度由60%降至40%，减少了干气在三级反复循环，避免了气体饱和变为液态后与催化剂粉尘结垢，吸附于气阀表面，从而有效减少了三级进气、排气阀结垢的发生，降低了压缩机的运行故障率，确保了半产品气压缩机长周期平稳运行。

6 结论及建议

余隙调节系统通过调节余隙容积的大小，可以实现压缩机负荷在60%～100%自动调节，压缩机降低了30%负荷，一年可节省电费376.67万元，节能效果显著。采用余隙调节系统后有效降低了压缩机运行振动幅度、噪音，提高了机组的安全性能；减少了三级气缸的结垢现象，延长了压缩机活塞环、支撑环及气阀的使用寿命。