压缩机气量无级调节系统使用效果及问题处理

李雷明

（大庆炼化公司炼油一厂，黑龙江大庆 163318）

0 引言

大庆炼化公司炼油一厂汽油加氢装置往复式新氢压缩机K101B 原设计为直接型指式吸气阀卸荷。2016 年对压缩机进行增设贺尔碧格气量无级调节系统改造。该造后虽然节能效果明显，但压缩机活塞支撑环磨损过快，因此气量无级调节系统一直无法投用。经多次试验改进，于2017 年底解决了压缩机活塞支撑环磨损过快的问题，使气量无级调节系统得以重新发挥作用。

1 压缩机增设气量无级调节系统的原因

1.1 压缩机概况

大庆炼化公司炼油一厂汽油加氢装置往复式新氢压缩机K101B 由沈阳远大压缩机股份有限公司于2013 年制造生产，压缩机型号为2D12-13/10-29，两级两列对称式布置，驱动机功率400 kW，压缩机设计气量7200 m3/h，原设计入口压力1.093 MPa，级间设计压力1.89 MPa，级间安全阀整定压力2.3 MPa。原设计气阀卸荷方式为直接型指式吸气阀卸荷，负荷有0、50%、100%，共3 个挡位。该压缩机仅有一个二级出口返一级入口控制阀。

1.2 压缩机增设无级调节系统前存在的问题

（1）由于工艺改进，氢气需求量为3400～4400 m3/h，压缩机设计气量偏大，由于压缩机气阀卸荷方式为直接型指式吸气阀卸荷，且不建议长期在50%挡位下运行，所以压缩机运行负荷只能为100%，需依靠压缩机出口返回线控制压缩机出口压力，返回阀开度约为40%，造成电能的极大浪费。

（2）由于实际生产中新氢压缩机入口压力偏高，最高达到1.293 MPa，因此理论上压缩机的级间压力会达到2.39 MPa，安全阀整定压力2.2 MPa，如果不降低压缩机入口压力，压缩机级间安全阀就会起跳，降低压缩机入口压力的方法是将压缩机入口管线内的氢气排至低瓦系统，造成氢气的极大浪费。

2 压缩机增设气量无级调节系统的效果

2.1 节电

压缩机气量无级调节系统投用后，在满足工艺生产的前提下，通过降低压缩机负荷，关小压缩机出口返回发，节电效果明显。以压缩机长时间在60%负荷情况下运行为例，每日可节电约4000 kW·h，按电价0.6 元/kW·h 计，每天可节省成本2400元，每年可节省电费87.6 万元。

2.2 节氢气

气量无级调节系统投用后，通过分别调整压缩机一、二级负荷，使压缩机一、二级负荷的差值保持在5%，可降低压缩机的一级压缩比，降低压缩机的级间压力，有效减少了压缩机入口氢气的排放，以2018 年全年的生产数据为例，以装置额定处理量1 500 000 t/年为例，氢气单价按2 万元/t 计算，压缩机气量无级调节系统投用后，每年可节省氢气量1200 t，节省氢气费用2400 万元。

3 压缩机气量无级调节系统投用后出现的问题及处理方法

3.1 问题

压缩机活塞支撑环为易损备件，活塞支撑环原设计材料为PTFE，设计使用寿命8000 h。压缩机气量无级调节系统投用前，活塞支撑环使用寿命最长可达7000 h。压缩机气量无级调节系统投用后，使用寿命出现大幅缩短的情况，最短将至2000 h，且活塞杆沉降量出现大幅波动。

3.2 原因分析

压缩机正常运行时，气缸内压缩侧的气体会向膨胀侧流动，在压缩机活塞与气缸的间隙处高压气体会对活塞产生作用力F1与F2，（图1）。由于出口区域压力大于入口区域的压力，因此F1＜F2，会对活塞产生一个向上的推力。由于压缩机气量无级调节系统投用后降低了每次压缩气体的时间，通过活塞与气缸间隙的气体量减少，活塞受到向上的推力也会减少，由于压缩机负荷较低，活塞出现明显的下移，使活塞支撑环磨损加剧。

图1 压缩机活塞受力示意

3.3 延长活塞支撑环使用寿命的方法

3.3.1 提高压缩机负荷

提高压缩机负荷可以提高活塞支持环的使用寿命，在压缩机负荷控制在85%的情况下，压缩机活塞支撑环的使用寿命3000 h，该方法虽然有一定的作用但效果不明显，且与压缩机增设气量无级调节系统实现节能的初衷不符。

3.3.2 升级活塞支撑环材质

压缩机活塞支撑环原设计材料为PTFE，经与压缩机厂沟通采用一种填充纳米级陶瓷晶须的新型密封材料HW-PTFE，这种材料通常用于飞机的刹车片，HW-PTFE 材料中的陶瓷晶须与PTFE 结晶体形成交联互织的加强体结构，使材料有更高的强度和低硬度的特点，增强了材料的耐磨性，具体性能见表1。活塞支撑环材料升级后压缩机活塞支撑环寿命延长到5000 h。

表1 活塞支撑环材料特性对比

3.3.3 活塞轻量化

为延长压缩机活塞支撑环的使用寿命，经与厂家沟通后，决定对压缩机一二级活塞进行轻量化改造，结构由原来的整体结构改为分体结构，改造后压缩机活塞支持环使用寿命已经达到8000 h。改造情况见表2。

表2 活塞轻量化改造前后对比

4 总结

往复式压缩机增设无级调节系统可以实现压缩机的节能，对于大庆炼化公司炼油一厂汽油加氢装置新氢压缩机来说，节省氢气的效果和价值更为明显。但改造后，由于负荷较低，造成压缩机活塞支撑环磨损过快，通过升级压缩机活塞支撑环材料，对压缩机活塞进行减重改造，使活塞支撑环寿命得到有效提升，气量无级调节系统的功效得到极大提升。今后的使用中，应注意压缩机负荷不应处于过低位置，才能在保证设备平稳运行的前提下，达到节能的效果，实现效益最大化。