新氢机无级调节系统进口配件国产化应用

林盛强

（中国石油化工股份有限公司广州分公司，广东广州 510070）

0 引言

炼油四部加氢处理装置新氢压缩机两开一备，两台常开主机采用德莱赛兰的2HHE-VL-2-NL 型号往复压缩机，备机采用沈鼓2D80-22/24-118-BX 型号往复压缩机，一级入口压力2.4 MPa、二级出口压力11.8 MPa，主要介质为氢气，设计流量26 400 Nm3/h，机组实际运行工艺负荷达不到满负荷，采用二回一的回流阀调节压缩机气量，造成了很大的能源浪费。2010 下半年增设了贺尔碧格的气量无级调节系统Hydrocom，改造后节能效果显著，工艺气量调节稳定，实现了节能降耗的目标。

1 Hydrocom 系统易损件国产化

Hydrocom 系统主要易损件有专用进气阀和执行机构，其中执行机构包含阀室、密封室、电气室。根据贺尔碧格检修要求，专用进气阀和执行机构达到8000 h 需要进行小维护，达到16 000 h 需要进行大维护。系统投用后至2013 年开始对专用进气阀和执行机构进行周期维护，完成后系统运行良好。但在维护过程中发现进口配件维护周期长、维护费用高，明显降低了节能改造带来的经济效益。2013 年由台州环天科技股份有限公司研发的国产无级调节系统逐渐成熟并在重整装置2D80-95.2/13-27.5-BX 重整氢压缩机成功应用，2014 年通过专家组鉴定，主要技术性能指标达到了国际同类产品的先进水平，建议进一步推广使用。2015 年Hydrocom 系统进行定期维护时，为了缩短维护周期和降低维护费用，对进口系统易损件进行了国产化改造，介绍国产化替换后的运行情况，为后期其他机组和中石化兄弟单位的国产化应用提供技术参考。

2 无级气量调节系统介绍

2.1 原理简介

部分行程顶开进气阀式的气量无级调节系统工作原理实质为进气阀的延迟关闭。具有气量调节功能的压缩机工作过程气缸内的P-V 图如图1 所示。不采用气量调节控制时，往复压缩机工作过程分成AB（膨胀）、BC（吸气）、CD（压缩）、DA（排气）4个阶段，ABCD 所围成的PV 面积表示1 个压缩过程压缩机所做的功，其中C 点为进气结束、压缩开始的分界点，此时进气阀关闭。当气量调节系统工作时，膨胀过程AB 和吸气过程BC 不变，在进气结束到达C 点前，进气阀卸荷叉在液压力的作用下推动阀片贴合在限制器表面，继续保持打开状态，如图2，此阶段CCr 即为回流阶段，它将多余的气量不经过压缩自动排进进气管路中；在CrDr 阶段，通过电磁阀动作关闭高压油路、打开回油管路，执行机构中的液压力卸载，阀片在气体力和弹簧力作用下自动关闭，压缩机进入压缩阶段；DrA 即为压缩机的排气阶段。这一过程中，气缸内部分气体通过进气阀回流到进气腔或者进气管路中，达到减小排气量的目的，从P-V 图上也可以发现实际工作过程变成A-B-C-Cr-Dr-A，该区域的面积为实际循环指示功。Cr-C-D-Dr 所围成的区域为节省的循环指示功，相比于现有的回流阀气量调节方式，实现了压缩机的节能。

图1 往复压缩机工作过程P-V 图

图2 进气阀的延迟关闭

2.2 系统组成

进口Hydrocom 无级调节系统的基本配置如图3 所示，它主要由中间接口单元CIU、液压油站HU、液压执行器HA、TDC传感器及相关附件等组成。

图3 HydroCOM 系统基本配置示意

2.2.1 中间接口单元CIU

CIU（Compressor Interface Unit，压缩机接口单元）提供HydroCOM 系统内部和用户DCS 控制系统的信号交换处理功能，通过它的中间转换接口作用，使HydroCOM 系统简化为一个接受（4～20）mA 标准电流信号的调节阀，实现对高速电磁阀油路的通断控制。

2.2.2 液压执行机构HA

HA（Hydraulic Actuator，液压执行机构）是一组通过卸荷器对气阀产生作用的部件总和，由HU（Hydraulic Unit，液压油站）提供实现该动作功能所需的机械动力，CIU 进行实时控制，EPS 提供电源。液压执行机构工作原理如图4 所示。

图4 液压执行机构工作原理

2.2.3 液压油站HU液压油站HU 提供高压液压油向执行器HA 提供机械动力。本套系统正常操作压力为10 MPa（100 bar）。

3 无级调节系统易损件说明

气量调节系统的执行机构和专用进气阀是完成调节功能的主要动作元器件，也是该系统的主要易损件。专用进气阀包含进气阀阀体、阀片、弹簧、卸荷器、顶杆等部件。执行机构包括阀室、电气室、密封室等部件，执行机构结构原理如图5 所示，其中阀室是执行机构的核心部件，由高速电磁阀阀芯、阀体、电磁铁、液压油缸、进回油接口等部件组成，通过电磁阀的动作完成高压进油管路或者低压回油管路的接通或断开，实现液压柱塞对进气阀顶杆的压下和复位；电气室接收控制单元的信号完成对电磁阀的通/断电控制；密封室内装填料组件，实现顶杆处的泄漏密封。

图5 气量调节执行机构

根据贺尔碧格检修要求，进气阀和执行机构达到8000 h 需要进行小维护，达到16 000 h 需要进行大维护，大维护如果磨损严重或者超出使用年限需要更换新件。根据维护经验，有可能换新的部件主要有专用进气阀、执行机构阀室、密封室的填料组件。

4 国产化改造应用情况

执行机构是气量无级调节系统的核心部件，其中阀室及其内部的高速电磁阀的可靠性是该系统能够正常运行的重要保障。阀室组件的使用期限一般为3～5 年，在定期维护时，如果发现超过使用期限或者磨损严重，需要成套采购执行机构，维护费用高、供货周期长，因此对进口阀室组件的国产化改造能够大幅降低维护费用和缩短维护周期。

炼油四部加氢车间2015 年9 月联合国产气量无级调节厂家台州环天科技股份有限公司进行执行机构阀室国产化改造的共同开发，从接口尺寸的对接、阀室组件的性能测试、和原系统的兼容测试等方面对国产阀室组件进行了优化开发，11 月底完成现场阀室的安装及调试，改造前后的阀室安装图如图6 所示。改造完成后，分别在压缩机停机、开机两种工况下进行了静态和动态测试对比。

图6 进口阀室和国产改造阀室

4.1 压缩机停机下的静态对比测试

4.1.1 执行机构静态动作测试

启动液压站，油压稳定在10 MPa 后，利用Hydrocom 自带的笔记本电脑调试程序，分别对进口执行机构和国产阀室改造的执行机构进行动作测试。在调试模式下，以1 min 周期计算，相同时间内两者动作频率相同，在液压力作用下两者压下气阀的声音状态相似，可以判定国产阀室与原系统匹配效果良好，控制系统传输正常，静态动作测试通过。

4.1.2 执行机构静态泄漏测试

根据执行机构的工作原理，阀室不通电时，进油通道和液压油缸接通，此时若加载液压站压力，高压油进入油缸，液压力推动柱塞将卸荷叉压下，阀片保持贴合在限制器表面，气阀处于全开启状态。此时回油通道关闭，理论状态下回油口不应该有油漏出或漏量非常少，如果泄漏量过大，会直接影响阀室动作的精准度，同时也会增大油循环管路的温度、增大油泵的负荷，因此泄漏测试可以直接判断阀室的密封效果。将进口阀室和国产改造阀室的回油管路拆开，回油口下各放一只量杯，启动液压站，油压稳定在10 MPa 等待5 min 开始计时，观察10 min 内各自回油口的泄漏情况，10 min 后查看两只量杯的漏油量，测试完成后发现，两只量杯都没有液压油泄漏，即在工作压力10 MPa 时两者都可以做到滴油不漏，国产阀室静态密封效果至少达到了和原进口阀室相当的水平，测试通过。

4.1.3 静态测试结果和结论

进口阀室和国产阀室主要技术参数和测试结果汇总见表1。

表1 国产阀室和进口阀室静态测试数据

4.2 压缩机开机运行下的动态对比测试

2015 年12 月对国产化改造后的无级调节系统开机进行动态测试，分别从调节范围、调节精度、节能效果进行了监测：①通过20%～100%范围内的调节测试，对比相同负荷下进口阀室和国产阀室工作下的压缩机流量；②对比改造前后主控变量出口压力的趋势线，测试调节精度；③对比相同负荷下两者工作下的压缩机电流值，测试节能差异。测试结果见表2。

表2 国产阀室和进口阀室动态测试数据

4.3 运行周期、维护费用和周期对比

国产阀室静态、动态测试通过后，2016 年1 月将国产化阀室组件改造的无级调节系统正式投用，使用至今状态良好。运行周期、维护费用和周期对比见表3。

表3 国产阀室和进口阀室运行可靠性对比数据

5 结束语

加氢处理装置新氢压缩机通过对进口气量无级调节系统的核心部件执行机构阀室组件进行国产化改造，并进行了静态、动态测试和投运超过5 年的监测验证，结果表明：国产执行机构阀室可以直接替代进口阀室，调节精度、调节范围、兼容性要求完全可以满足压缩机的各项技术要求，产品质量和性能可靠，运行稳定，维护费用、供货周期相比进口阀室可以降低50%。供其他往复压缩机组配置的进口无级调节系统配件国产化改造提供借鉴和参考。