余隙无级调节气量节能技术在新氢压缩机上的应用

温红林，赵赞立，夏存敬，顾兴坤，刘德玲

(1.江苏新海石化有限公司，江苏 连云港 222113;2.山东易阳石化节能装备有限公司，山东济南 250101;3.东营科技职业学院，山东东营 257335)

在焦化汽柴油加氢装置中，往复式压缩机是不可或缺的重要设备，承担着压缩并输送工艺介质的任务;其运行消耗的电量约占整个装置耗电量的20% ～40%左右，属于高耗能设备。随着产品市场和工艺参数的变化，装置的需气量也要随之变化，因此要求对压缩机的容积流量(即排气量，下同)能在较大范围内进行调节。

当压缩机容积流量大于耗气量时，管网中气体压力就会升高;当容积流量小于耗气量时，官网中的压力又会降低。压力过高时会导致破坏性事故。

对压缩机容积流量的调节应尽量满足以下要求［1］:

(1)尽可能实现容积流量的连续调节，使容积流量随时和耗气量相等;

(2)对微小型压缩机，调节系统力求简单、操作方便、工作可靠;

(3)对中大型压缩机，调节工况的经济性要尽可能高。

传统常用的往复式压缩机容积流量调节方式主要有:旁路调节和部分行程压开进气阀调节两种方式。旁路调节是使压缩机出口多余气体经旁路返回压缩机进气总管，目前往复式压缩机普遍采用此方法，该方法操作简单，调节范围适中，但压缩机仍是满负荷工作，它不但不节能而且还需要消耗大量的循环冷却水。部分行程压开进气阀调节是利用机械装置将多余气体暂时储存在阀室内，当压缩机吸气时，阀室内的气体优先排出以阻止多余气体的进入，实现“回流省功”的目的，从而实现容积流量的调节;该方式可以实现排气量10%～100%范围内的无级调节，但该系统仍有5%左右的气体阻力损失，因此其节能效率在95%以下，且该系统复杂、控制精度高、操作繁琐、气阀维修更换频繁、运行和维护费用高、性价比高、投资回收期长等［1－4］。

针对以上常用两种调节方式存在的较多缺陷和不足，山东易阳石化节能装备有限公司在粗放型固定余隙调节装置的基础上、利用独立自主专利技术和软件著作权等研发的余隙无级调节气量节能技术弥补了前述两种常用调节方式的缺陷和不足，得到了较好的推广和应用［5－6］。

1 余隙无级调节气量节能技术应用背景

新氢压缩机K2101B(型号:DW－11.5/(19－95)－X)是无锡压缩机股份有限公司生产的焦化汽柴油加氢装置的关键设备，其作用是把生产装置所需氢气通过新气压缩机压缩后输送到氢气管网中。该装置的新氢压缩机共两台，工艺位号分别是K2101A和K2101B，正常以开一备一的方式运行。由于建设初期新氢压缩机选型较大，生产装置需气量小于其排气量，虽在装置建设时配置了旁路调节系统，以进行压缩机出口流量的调节，但该旁路调节也仅仅是调节压缩机出口的气量，不但没有使压缩机节能而且还消耗大量的循环冷却水、以降低压缩机出口过来的高温高压气体至压缩机入口工艺要求的气体温度和压力;在调节压缩机出口气量上，装置需气量与旁路调节气量分配上，主要靠旁路调节阀来实现，需要反复操作多次，才能调节好装置所需气量，因此在反复调节过程中，经常会加大管网中氢气压力的控制难度，并引起机组振动和噪音的波动，系统安全生产受到很大影响;另外，采用旁路调节时，压缩机仍是满负荷运行、存在实际做功与后续工段所需气量的不匹配，降低了压缩机的实际效率，同时还增加了能耗和运行成本。

为保证装置生产既安全平稳运行又可节能降耗，江苏新海石化有限公司在焦化汽柴油加氢装置新氢压缩机K2101B上采用山东易阳石化节能装备有限公司的余隙无级调节气量节能技术，进行了节能改造，实现了压缩机排气量在60% ～100%负荷范围内的无级连续调节。该技术安装施工方便，负荷调节范围适宜，操控简单易行，系统运行稳定，安全可靠性高、节能效果显著，运行和维护成本低，投资小，回收期仅四个月，达到了无级调节压缩机容积流量和节能降耗改造的目的［7］。

2 余隙无级调节气量节能系统组成

往复式压缩机余隙无级调节气量节能系统YY－EEAACCV2.2是将原始固定余隙改变成连续无级可调的可变余隙容积。该节能系统主要包括四个子系统:分别是执行系统、液控系统、电仪自控系统和泄漏监测系统(如图1所示)［8－12］。

图1 ACCV2.2余隙无级调节气量节能系统组成示意图

执行系统采用液压驱动方式、由液控系统提供动力，它包括余隙容积腔、液压驱动腔、泄漏监测腔和冷却腔等。

液控系统主要由油箱、油泵、蓄能器、电磁阀组等组成［13］。

电仪自控系统由西门子S7－200可编程逻辑控制器、AD/DA模块、控制程序等组成。

泄漏监测系统主要由泄漏监测腔、泄漏监测装置和低压瓦斯排放罐等组成。

3 新氢压缩机余隙无级调节气量节能技术应用内容

(1)新氢压缩机K2101B余隙无级调节气量节能改造的内容有，增上:

①两台余隙无级调节执行机构;

②一套四回路液控系统;

③一套电仪自控系统;

④一套泄漏监测系统;

⑤配套安装材料一批;

⑥配套的动力电缆及信号电缆一批，等。

(2)新氢压缩机K2101B余隙无级调节气量节能改造的安装施工内容有:

①拆除K2101B压缩机气缸盖，将对应余隙无级调节执行机构安装在原气缸盖处;

②安装集成液控系统、电仪自控系统、泄漏监测系统于一体的控制柜;

③安装控制柜至执行机构的四路控制油管线;

④安装控制柜至执行机构的两条泄漏监测管线;

⑤安装配电室至控制柜间的动力电缆;

⑥安装DCS控制室至控制柜间的信号电缆，等。

(3)新氢压缩机K2101B节能改造前后的主要工艺参数，见表1。

表1 新氢压缩机K2101B主要工艺参数

(4)新氢压缩机K2101B节能改造后的现场照片，如图2。

4）定期排出剩余污泥。系统内剩余污泥的累积，不但助长了放线菌的生长和积聚，产生较多泡沫和浮渣，还降低了好氧池内活性污泥的泥龄和浓度，使产水水质变差。每个季度需进行一次污泥排出作业，但不要全部排空，保留一部分泥种。通过控制系统内活性污泥的浓度，可减少产水底物、改善产水水质。

图2 新氢压缩机K2101B余隙无级调节系统改造后的现场照片

4 新氢压缩机余隙无级调节气量节能技术应用效果

对新氢压缩机K2101B余隙无级调节气量节能系统的节能效果，江苏新海石化有限公司安排车间进行了标定。

2017年9月27日11时，新氢压缩机K2101B开始投用余隙无级调节气量节能系统，经过逐步的优化调整后，压缩机负荷降至70.6%，并于09月28日投用成功。该机余隙无级调节气量节能系统投用后，压缩机运行平稳，对余隙无级调节气量节能系统投用前后生产数据进行比较，发现余隙调节系统节能效果显著，具体表现为:

4.1 节约电费

新氢压缩机K2101B电机电流由原来的67A左右降到了57A左右，每小时可节约电流10A左右。新氢压缩机驱动电机为10000V高压电机，每天可节约电量约4834kWh，电价按0.64元/kWh计算，每天可节省约3093.76元，全年生产时间按8000h计算，每年可节约103.13万元电费。

4.2 节约循环水费用

新氢压缩机K2101B投用余隙调节系统后，通过合理调整气缸余隙，就能平稳控制新氢压缩机的负荷，使得原先调整新氢压缩机的旁路调节二返一调节阀可以关闭，新氢压缩机二返一冷却器循环水可以不投，每小时可节约循环水70t，新海石化循环水价格是0.45元/t，全年生产时间按8000 h计算，每年可节约25.2万元循环冷却水运行费用。关闭的旁路调节系统见图3。

图3 新氢压缩机K2101B进行节能改造后关闭的旁路调节系统

4.3 节能效果标定与比较

新氢压缩机K2101B余隙无级调节气量节能系统投用前后生产数据统计表，见表2和表3。

表2 新氢压缩机K2101B节能改造前的标定数据

表3 新氢压缩机K2101B投用余隙无级调节气量节能系统后的标定数据

5 余隙无级调节气量节能技术的特点

余隙无级调节气量节能技术在焦化汽柴油加氢装置新氢压缩机K2101B上的应用实践证明，该技术性能特点有:

(1)压缩机容积流量调节范围适宜，可在60% ～100%负荷范围内实现无级调节;

(3)系统调节灵活可靠、压缩机运行稳定，能降低压缩机原有振动和噪音;

(4)系统自身能耗和年运行维护费用低，其自身能耗每天介于20～35kWh左右，材料维护费用每年不到一万元、近于免维护，低于部分行程压开进气阀节能技术;

(5)压缩机的启停、加载、减载或切机均可无冲击平稳操作;

(6)优化了压缩机工作环境、减轻了往复件的磨损程度，延长了压机和主电机的使用寿命、降低了维护费用;

(7)余隙无级调节系统参数设置灵活、操控简单、操控模式多样，实现了不停压缩机维修余隙调节系统，好于部分行程压开进气阀调节能技术;

(8)该系统结构简单、安装施工简便、安全可靠性高;

(9)该系统性价比高、投资回收期短，等。

6 结论

余隙无级调节气量节能技术在焦化汽柴油加氢装置新氢压缩机K2101B的应用，实现了压缩机容积流量在60% ～100%负荷范围内无级连续调节，关闭了原来频繁调整的旁路调节系统，节约了大量的循环冷却水，改善了压缩机运行环境，管网压力和气量易于调整和控制，压缩机输出气量稳定，优化了压缩机系统操作，降低了压缩机原有振动和噪音，减轻了压缩机往复件的摩擦，降低了压缩机系统的运行和维护费用，提高了压缩机系统的使用寿命，等。经实践应用和标定，余隙无级调节气量节能技术改造简单、操控方便、自身能耗低、运行和维护费用少、近于免维护，节能效果显著，每年可节约103.13万元电费和25.2万元循环冷却水运行费用，投资少回报高、投资回收期约四个月。

新氢压缩机K2101B余隙无级调节气量节能技术的改造和应用，达到了技术协议要求和节能改造的目的。该技术具有较好的发展前景，应予积极推广和应用。