HydroCOM无级调量系统在加氢裂化装置的应用

林静芬 高峰

摘 要：氢气作为加氢裂化装置的主要原料，通过往复式压缩机逐级压缩至需要的压力进入反应系统参与反应，往复式压缩机的电耗在炼油能耗中占比较大，降低其电耗是降低炼油能耗的主要手段之一。HydroCOM系统可以实现往复式压缩机负荷线性调节，避免装置生产运行过程中气体放空及过多回流做功，同时降低压缩机运行电耗。本文将介绍HydroCOM系统的工作原理与某石化公司加氢裂化装置在原有KR70-4型往复式压缩机上新增HydroCOM系统的控制方法与节电效果。

关键词：HydroCOM无级调速;往复式压缩机;节能

加氢裂化是在催化剂存在的条件下通过加氢反应，能够将原料中的硫、氧、氮等脱除，同时通过加氢反应还能使烯烃、芳烃饱和，大分子烃类断链、异构化等，将原料转换成重石脑油、轻石脑油、液化气等产品的生产过程。某石化公司加氢裂化装置属于高压加氢裂化，装置设有A/B/C/S四台往复式压缩机，该机组设计把氢气从1.65MPa压缩至17.84MPa，目前运行方式为3开1备，其中A机已装备无级调速系统，其他机组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。为有效降低电量消耗，2020年对B机进行技术改造，嵌入HydroCOM无级调量系统，根据实际氢耗量实现精确调整压缩机的负荷，节能效果显著。

1 HydroCOM系统的工作原理

HydroCOM是贺尔碧格公司专为往复式压缩机设计的气量无级调节系统，能实现压缩机气量在0%～100%范围内的无级调节，且为高度集成的电子控制系统，能够完全嵌入到工厂现有的DCS系统中。电子液压执行机构和进气阀卸荷器根据4～20mA的控制信号延迟进气阀关闭的时间来调节每个活塞行程所压缩的气量。DCS中的PI调节器根据实际负荷需求计算出4～20mA的控制信号，并把负荷控制信号送给CIU（中间接口单元），CIU把4～20mA的控制信号转换成电子指令传送给执行机构。在部分负荷时，压缩行程开始阶段，进气阀在卸荷器的作用下保持全开状态，通过进气阀的延迟关闭，使多余气体不被压缩而重新返回进气腔。当电子指令发出后，进气阀关闭，气缸里的气体就会被压缩，到达排气压力后，排出到排气管线。装备了HydroCOM系统后，压缩机只对实际需要的气量进行压缩，从而达到“节流省功”的节能效果。

2 HydroCOM系统配置与控制方法

2.1 HydroCOM系统配置

整个控制系统包括：在DCS系统中的控制程序;HydroCOM CIU（中接口单元），作为DCS控制器与执行机构之间的接口，安装在安全区的控制柜上;HydroCOM执行器安装在进气阀上，根据来自DCS信号控制进气阀的关闭时间;液压油站安装在压缩机附近，给执行机构提供油压动力。

2.2 HydroCOM控制方法

压缩机的基本控制回路包括控制器、分程模块、信号线性化、HydroCOM CIU、HydroCOM执行机构、旁通阀。经技术改造后的压缩机B机可实现20%至100%之间的无级调节，当负荷低于20%时，可通过原有常规旁通阀的方式来实现气量调节。HydroCOM控制系统的控制回路都为闭环控制回路，实现气量调节全自动化控制。利用分程控制概念，HydroCOM和旁通阀都由原来的控制器控制，压缩机的实际有效控制范围就可从0%到100%。原有控制方案与增加HydroCOM系统后的控制系统分别如图1、2所示。

第一级、第二级、第三级、第四级现有的控制信号将用来控制HydroCOM和旁通阀。因此，低选器的输出信号被分成两段，一段给HydroCOM，另一段给旁通阀。

新氢压缩机B机旁通阀已有控制器输出信号的范围从0%到100%（旁通阀按一台压缩机的满负荷时的100%气量来设计）。已有压力低选器的输出信号是压缩机负荷取反（如果仅用于控制旁通阀，它指旁通阀的开度）。分程功能模块根据图3所示的关系将控制信号的低段（对应压缩机高负荷）给HydroCOM系统，将控制信号的高段（对应压缩机低负荷）给旁通阀。

正常工况的分程点必须设定在HydroCOM系统的最低负值（如果压缩机长期运行在低负荷下，氣体在进气和回流时产生的阀损将使进气温度升高。为了防止压缩机密封元件过热，必须对压缩机最低负荷进行限制）。因为是反向动作的控制信号，分程点80%对应于压缩机的最小负荷20%。

3 HydroCOM系统在加氢裂化装置的应用及节能效果

对比B机压缩同样氢气量的情况下（约45000Nm3/h），未安装HydroCOM系统之前，压缩机主电机的平均工作电流为285A，安装HydroCOM系统后，在80%HydroCOM气量无级调速控制信号下，压缩机主电机的平均工作电流为230A左右。主电机的工作电压为10000V，取功率因素cosφ为0.9。根据三相功率计算公式p=√3UIcosφ，安装前电机功率为p=√3×10000×285×0.9≈4442.71kW，安装后电机功率为p=√3×10000×230×0.9≈3585.34 kW，安装后，新增液压油系统电机功率为4.0 kW，可计算出安装HydroCOM系统后，每年（按8400h计）节约用电Q=（4442.71-3585.34-4）×8400≈7168kW·h，若按电价0.52元/kW·h计算，一年可节约费用372.74万元左右，节能效果显著，经济效益明显。

4 结语

HydroCOM气量无级调节系统可实现压缩机流量0%～ 100%无级可调，其中0%～20%用于压缩机的无冲击开机、切机或停机，系统操作简单，能够在外来因素影响以及装置本身负荷发生改变引起氢气量变化时精确及时调整压缩机的工艺参数，使各级气缸做功合理，可以说，HydroCOM气量无级调节系统在KR70-4型新氢压缩机上的改造是成功的，在加氢裂化当前负荷下长周期运行将有效降低企业的生产能耗损失和生产成本，提高企业竞争力。

参考文献：

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[3]王智，韩高喜.HydroCOM无级调量系统在齐鲁炼厂的应用[J].中外能源，2011，16（12）：78-81.

[4]潘强.两种节能技术在石化行业加氢改质装置上的应用[J].石油化工设备技术，2017，38（04）：49-52.

作者简介：

林静芬（1992- ），女，汉族，浙江台州人，本科，化学工程与工艺专业，助理工程师，研究方向：加氢改质装置安全生产与优化调整。

高峰（1991- ），男，汉族，安徽六安人，大专，应用化工技术专业，助理工程师，研究方向：加氢裂化装置安全生产与优化调整。