引言：

往復(fù)壓縮機具有排氣壓力高且運行穩(wěn)定的特點,在石油化工企業(yè)應(yīng)用十分廣泛。往復(fù)式壓縮機一般是按規(guī)定的工藝條件和額定的流量進行設(shè)計的，在選型時主要考慮滿足峰值流量，這使得壓縮機運行時流量經(jīng)常處于富余狀態(tài)，有效負荷率常常只有60%～85%。壓塑機在運行過程中，主要靠調(diào)節(jié)旁路來實現(xiàn)壓縮機的控制。大功率的壓縮機通常用旁通回流調(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。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)展趨勢下，要求壓縮機能夠在更大的范圍內(nèi)實現(xiàn)排氣的連續(xù)調(diào)節(jié)。往復(fù)式壓縮機氣量無級調(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壓縮機的排氣量和級間壓力進行控制，使壓縮機始終運行在最佳狀態(tài)，有效降低能耗。

一、氣量無級調(diào)節(jié)介紹

目前往復(fù)機節(jié)能主要由氣量無級調(diào)節(jié)和氣缸余隙調(diào)節(jié)兩種。氣量無級調(diào)節(jié)代表作是賀爾碧格公司開發(fā)的HydroCOM系統(tǒng)。它是通過控制壓縮機進氣閥，生產(chǎn)需要多少氣體，壓縮機進氣閥中進入多少氣體，多余的氣體不進入氣缸，減少壓縮機做功，最大限度地節(jié)約能源，通過智能化的液壓調(diào)節(jié)機構(gòu)，快速、精確地控制壓力和流量，實現(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)采用時間控制方案，通過記錄曲軸的相位角來確定進氣閥的關(guān)閉時刻，實現(xiàn)氣量控制。它的中心部件是一個安裝在吸氣閥上的高精度、高靈敏度的電磁閥，在壓縮機吸氣終了時，電磁閥使吸氣閥仍保持開啟狀態(tài)，活塞反向運動時，通過控制不同的曲軸相位角來控制吸氣閥關(guān)閉的時間，實現(xiàn)壓縮機排氣量0～100%全行程范圍的無級調(diào)節(jié)。先進控制理論和機電技術(shù)的結(jié)合，使HydroCOM系統(tǒng)在最大限度節(jié)省能源的同時，還擁有極高的控制動態(tài)特性，通過執(zhí)行機構(gòu)的動作，壓縮機的負載可以在三個曲軸回轉(zhuǎn)中從0加載到100%。

圖1無級調(diào)節(jié)節(jié)能原理圖

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

利用氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)在不改變壓縮機原主體結(jié)構(gòu)，不改變壓縮機原控制系統(tǒng)的情況下采用無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，僅對壓縮機缸蓋進行改造；通過電液控制機構(gòu)智能調(diào)節(jié)，能根據(jù)用戶對氣量的需求，按照給定的控制參數(shù)，自動快捷地調(diào)節(jié)壓縮機的實際負荷，在60%～100%范圍無級可調(diào)，使壓縮機僅僅對實際需要的氣量進行壓縮，在節(jié)約能源的同時，還可以輕松實現(xiàn)壓縮機的平穩(wěn)啟動、切換和停機，短時間內(nèi)在不需停壓縮機的情況下就可對控制系統(tǒng)進行檢修維護。

二、余隙調(diào)節(jié)介紹

壓縮機余隙無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)是在不改變壓縮機原主體結(jié)構(gòu)和原控制系統(tǒng)的情況下,僅對壓縮機余隙缸蓋進行改造;通過PLC控制的電液控制系統(tǒng)進行智能調(diào)節(jié)。它能根據(jù)給定的控制參數(shù)自動控制流量在60%～100%的無級調(diào)節(jié)和壓縮比的調(diào)節(jié)。其特點是壓縮機余隙可在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)過程對生產(chǎn)造成的擾動較小。和賀爾碧格無極調(diào)節(jié)相比，余隙調(diào)節(jié)性價比優(yōu)勢非常明顯。近年在國內(nèi)得到了大量的應(yīng)用，取得兩很好的效果。

中石化濟南煉化逆流連續(xù)重整裝置設(shè)三臺重整氫增壓機K202A/B/C，其中K202A設(shè)有無級調(diào)量系統(tǒng)，在加工負荷低于63t/h時（90%）可實現(xiàn)單機K202A無級調(diào)量運行；在負荷高于63t/h時，一臺壓縮機無法滿足生產(chǎn)需要，增壓機運行方式為運二備一（K202A無級調(diào)量+K202C滿負荷）。雙機運行時，K202C滿負荷，K202A機無級調(diào)量受最低負荷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增加山東易陽石化節(jié)能裝備的余隙調(diào)節(jié)后，每小時省電950kW，每年節(jié)省經(jīng)濟效益幾百萬之巨。

2.1余隙調(diào)節(jié)原來介紹

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)的氣體壓力大于進氣管道的壓力而不能吸入氣體，直到活塞右行到位置4時，氣缸內(nèi)氣體體積由Vc膨脹到V4、壓力由P2下降到P1時才開始進氣。進氣量相應(yīng)的線段長度為4—1，壓縮過程為1—2，排氣過程為2—3，膨脹過程為3—4。1—2—3—4—1包圍的面積即為一個往復(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，可以增加余隙容積到Vc'，此時功率循環(huán)圖為1—2'—3—4'。進氣量由全進氣量相應(yīng)的線段長度4—1減少到線段長度4'—1，壓縮過程按1—2'進行，壓縮過程活塞力的增加速率小于余隙容積為Vc時的速率，排氣量由相應(yīng)的全排氣量線段2—3減少到線段2'—3。由于沒有額外的阻力，在3—4'膨脹循環(huán)過程中，氣體對壓縮機活塞作功，減輕了曲軸連桿的負載。當(dāng)需要外側(cè)氣缸零排氣量時，可以增加余隙容積到Vc'，此時，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，如圖中過程線1—3—3—4'所示，循環(huán)功為零。

對雙作用氣缸來說，采用比較普通的電液控制設(shè)施就可實現(xiàn)壓縮機排氣量50%～100%范圍無級調(diào)節(jié)。

三、余隙調(diào)節(jié)自動控制

往復(fù)機余隙調(diào)節(jié)采用西門子S7-300PLC實現(xiàn)壓縮機余隙遠程控制和控制油站的聯(lián)鎖邏輯。

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

壓縮機的控制分為余隙調(diào)節(jié)控制、油泵電機啟停控制和油液位、溫度等聯(lián)鎖保護。人機界面采用昆侖通泰觸摸屏，為了達到防爆要求，人機界面和PLC安裝在防爆控制箱中，手動操作和報警確認(rèn)等功能都通過防爆控制箱上的按鈕來實現(xiàn)。負荷的控制有手動控制和自控兩種模式，手動控制時，可以通過手動按鈕人為給定。自動控制模式時通過遠程DCS給定控制信號，PLC依據(jù)遠程給定的設(shè)定值和測量值的偏差來調(diào)節(jié)。整套設(shè)計和安裝都是按照IEC61508的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來執(zhí)行，關(guān)鍵控制信號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

傳統(tǒng)的往復(fù)機靠旁路回流控制浪費了大量的電能，壓縮機氣缸余隙調(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)用價值。