引言：

    往復(fù)壓縮機(jī)具有排氣壓力高且運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn),在石油化工企業(yè)應(yīng)用十分廣泛。往復(fù)式壓縮機(jī)一般是按規(guī)定的工藝條件和額定的流量進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在選型時(shí)主要考慮滿足峰值流量，這使得壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)流量經(jīng)常處于富余狀態(tài)，有效負(fù)荷率常常只有60%～85%。壓塑機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，主要靠調(diào)節(jié)旁路來(lái)實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的控制。大功率的壓縮機(jī)通常用旁通回流調(diào)節(jié)的方式，雖然能滿足下游工藝生產(chǎn)的需要，但造成了能源的巨大浪費(fèi)。隨著石油化工工藝的不斷變化和能源的日益緊張，提倡節(jié)能與環(huán)保的發(fā)展趨勢(shì)下，要求壓縮機(jī)能夠在更大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)排氣的連續(xù)調(diào)節(jié)。往復(fù)式壓縮機(jī)氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)(可變余隙調(diào)節(jié))能根據(jù)主控變量的變化而對(duì)壓縮機(jī)的排氣量和級(jí)間壓力進(jìn)行控制，使壓縮機(jī)始終運(yùn)行在最佳狀態(tài)，有效降低能耗。

一、氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)介紹

    目前往復(fù)機(jī)節(jié)能主要由氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)和氣缸余隙調(diào)節(jié)兩種。氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)代表作是賀爾碧格公司開發(fā)的HydroCOM系統(tǒng)。它是通過(guò)控制壓縮機(jī)進(jìn)氣閥，生產(chǎn)需要多少氣體，壓縮機(jī)進(jìn)氣閥中進(jìn)入多少氣體，多余的氣體不進(jìn)入氣缸，減少壓縮機(jī)做功，最大限度地節(jié)約能源，通過(guò)智能化的液壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，快速、精確地控制壓力和流量，實(shí)現(xiàn)氣量理論上0～100%的連續(xù)調(diào)節(jié)。

    HydroCOM的液壓控制系統(tǒng)采用時(shí)間控制方案，通過(guò)記錄曲軸的相位角來(lái)確定進(jìn)氣閥的關(guān)閉時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)氣量控制。它的中心部件是一個(gè)安裝在吸氣閥上的高精度、高靈敏度的電磁閥，在壓縮機(jī)吸氣終了時(shí)，電磁閥使吸氣閥仍保持開啟狀態(tài)，活塞反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)控制不同的曲軸相位角來(lái)控制吸氣閥關(guān)閉的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)排氣量0～100%全行程范圍的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。先進(jìn)控制理論和機(jī)電技術(shù)的結(jié)合，使HydroCOM系統(tǒng)在最大限度節(jié)省能源的同時(shí)，還擁有極高的控制動(dòng)態(tài)特性，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，壓縮機(jī)的負(fù)載可以在三個(gè)曲軸回轉(zhuǎn)中從0加載到100%。

圖1無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)節(jié)能原理圖

    而且由于-級(jí)缸活塞負(fù)荷降低40%，活塞使用壽命得到提高。因此，往復(fù)式壓縮機(jī)的安全性能也得到了改善。

    利用氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在不改變壓縮機(jī)原主體結(jié)構(gòu)，不改變壓縮機(jī)原控制系統(tǒng)的情況下采用無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，僅對(duì)壓縮機(jī)缸蓋進(jìn)行改造；通過(guò)電液控制機(jī)構(gòu)智能調(diào)節(jié)，能根據(jù)用戶對(duì)氣量的需求，按照給定的控制參數(shù)，自動(dòng)快捷地調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的實(shí)際負(fù)荷，在60%～100%范圍無(wú)級(jí)可調(diào)，使壓縮機(jī)僅僅對(duì)實(shí)際需要的氣量進(jìn)行壓縮，在節(jié)約能源的同時(shí)，還可以輕松實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的平穩(wěn)啟動(dòng)、切換和停機(jī)，短時(shí)間內(nèi)在不需停壓縮機(jī)的情況下就可對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行檢修維護(hù)。

二、余隙調(diào)節(jié)介紹

    壓縮機(jī)余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是在不改變壓縮機(jī)原主體結(jié)構(gòu)和原控制系統(tǒng)的情況下,僅對(duì)壓縮機(jī)余隙缸蓋進(jìn)行改造;通過(guò)PLC控制的電液控制系統(tǒng)進(jìn)行智能調(diào)節(jié)。它能根據(jù)給定的控制參數(shù)自動(dòng)控制流量在60%～100%的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)和壓縮比的調(diào)節(jié)。其特點(diǎn)是壓縮機(jī)余隙可在60%～100%連續(xù)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)穩(wěn)定可靠，調(diào)節(jié)精度高，調(diào)節(jié)過(guò)程對(duì)生產(chǎn)造成的擾動(dòng)較小。和賀爾碧格無(wú)極調(diào)節(jié)相比，余隙調(diào)節(jié)性價(jià)比優(yōu)勢(shì)非常明顯。近年在國(guó)內(nèi)得到了大量的應(yīng)用，取得兩很好的效果。

    中石化濟(jì)南煉化逆流連續(xù)重整裝置設(shè)三臺(tái)重整氫增壓機(jī)K202A/B/C，其中K202A設(shè)有無(wú)級(jí)調(diào)量系統(tǒng)，在加工負(fù)荷低于63t/h時(shí)（90%）可實(shí)現(xiàn)單機(jī)K202A無(wú)級(jí)調(diào)量運(yùn)行；在負(fù)荷高于63t/h時(shí)，一臺(tái)壓縮機(jī)無(wú)法滿足生產(chǎn)需要，增壓機(jī)運(yùn)行方式為運(yùn)二備一（K202A無(wú)級(jí)調(diào)量+K202C滿負(fù)荷）。雙機(jī)運(yùn)行時(shí)，K202C滿負(fù)荷，K202A機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)量受最低負(fù)荷30%的限制，仍然存在很大的回流損失，造成大量的能量損失。2016年8月份K202C增加山東易陽(yáng)石化節(jié)能裝備的余隙調(diào)節(jié)后，每小時(shí)省電950kW，每年節(jié)省經(jīng)濟(jì)效益幾百萬(wàn)之巨。

2.1余隙調(diào)節(jié)原來(lái)介紹

圖2余隙調(diào)節(jié)原理圖

    在圖2中，1—2—3—4表示存在余隙容積Vc時(shí)全排氣量的循環(huán)圖。由于有余隙容積Vc的存在，使工作活塞在右行之初，因留存在余隙容積Vc內(nèi)的氣體壓力大于進(jìn)氣管道的壓力而不能吸入氣體，直到活塞右行到位置4時(shí)，氣缸內(nèi)氣體體積由Vc膨脹到V4、壓力由P2下降到P1時(shí)才開始進(jìn)氣。進(jìn)氣量相應(yīng)的線段長(zhǎng)度為4—1，壓縮過(guò)程為1—2，排氣過(guò)程為2—3，膨脹過(guò)程為3—4。1—2—3—4—1包圍的面積即為一個(gè)往復(fù)行程需要的功。

圖3余隙調(diào)節(jié)原理圖

    如圖3所示，當(dāng)需要減少排氣量時(shí)，可以增加余隙容積到Vc'，此時(shí)功率循環(huán)圖為1—2'—3—4'。進(jìn)氣量由全進(jìn)氣量相應(yīng)的線段長(zhǎng)度4—1減少到線段長(zhǎng)度4'—1，壓縮過(guò)程按1—2'進(jìn)行，壓縮過(guò)程活塞力的增加速率小于余隙容積為Vc時(shí)的速率，排氣量由相應(yīng)的全排氣量線段2—3減少到線段2'—3。由于沒(méi)有額外的阻力，在3—4'膨脹循環(huán)過(guò)程中，氣體對(duì)壓縮機(jī)活塞作功，減輕了曲軸連桿的負(fù)載。當(dāng)需要外側(cè)氣缸零排氣量時(shí)，可以增加余隙容積到Vc'，此時(shí)，余隙容積Vc'中留存的高壓氣體膨脹到吸氣行程Vs終止，膨脹線和壓縮線合二為一，如圖中過(guò)程線1—3—3—4'所示，循環(huán)功為零。

    對(duì)雙作用氣缸來(lái)說(shuō)，采用比較普通的電液控制設(shè)施就可實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)排氣量50%～100%范圍無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。

三、余隙調(diào)節(jié)自動(dòng)控制

    往復(fù)機(jī)余隙調(diào)節(jié)采用西門子S7-300PLC實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)余隙遠(yuǎn)程控制和控制油站的聯(lián)鎖邏輯。

    可編程序控制器(Programmablelogiccontoroller)簡(jiǎn)稱PLC，是以微處理器為核心，用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，由于PLC廣泛采用微機(jī)技術(shù)，使得PLC不僅具有邏輯控制功能，而且還具有了運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳送等功能。控制系統(tǒng)采用的西門子312CPU具有很快的I/O處理速度，強(qiáng)大的I/O擴(kuò)展能力，并且便于安裝。PLC自動(dòng)循環(huán)掃描各個(gè)輸入輸出點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)，并根據(jù)程序所確定的邏輯關(guān)系刷新輸出點(diǎn)的狀態(tài)，通過(guò)位移傳感器和電磁閥來(lái)控制相應(yīng)的電機(jī)的啟停和油缸的動(dòng)作，從而完成工藝流程的自動(dòng)控制；操作界面上配有觸摸屏，觸摸屏內(nèi)置通用端口，可通過(guò)串行通訊電纜直接與計(jì)算機(jī)及其它含有RS485通訊/編程口的設(shè)備實(shí)現(xiàn)互連。PLC提供了豐富的指令系統(tǒng)，給設(shè)計(jì)和維護(hù)帶來(lái)很大方便。

    壓縮機(jī)的控制分為余隙調(diào)節(jié)控制、油泵電機(jī)啟?？刂坪陀鸵何弧囟鹊嚷?lián)鎖保護(hù)。人機(jī)界面采用昆侖通泰觸摸屏，為了達(dá)到防爆要求，人機(jī)界面和PLC安裝在防爆控制箱中，手動(dòng)操作和報(bào)警確認(rèn)等功能都通過(guò)防爆控制箱上的按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)。負(fù)荷的控制有手動(dòng)控制和自控兩種模式，手動(dòng)控制時(shí)，可以通過(guò)手動(dòng)按鈕人為給定。自動(dòng)控制模式時(shí)通過(guò)遠(yuǎn)程DCS給定控制信號(hào)，PLC依據(jù)遠(yuǎn)程給定的設(shè)定值和測(cè)量值的偏差來(lái)調(diào)節(jié)。整套設(shè)計(jì)和安裝都是按照IEC61508的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來(lái)執(zhí)行，關(guān)鍵控制信號(hào)都不采用通訊或者軟件選擇的方式而是硬接線方式，提高聯(lián)鎖邏輯的可靠性。

四、結(jié)束語(yǔ)

    傳統(tǒng)的往復(fù)機(jī)靠旁路回流控制浪費(fèi)了大量的電能，壓縮機(jī)氣缸余隙調(diào)節(jié)能在滿足生產(chǎn)的前提下，大大節(jié)約電能，近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用，節(jié)能效果非常顯著，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。