往复式压缩机气量无级调节技术研究

往复式压缩机气量无级调节技术研究

张成镇

山东荣信集团有限公司  山东邹城  273500

摘要：大型往复式压缩机广泛应用于石油、化工、天然气和煤化工等领域，作为生产企业的高耗能设备，这些压缩机通常是按照最大生产能力设计，但机组实际运行工况常低于设计条件，需要调节排气量，该类压缩机最常用的调节方式是旁路调节，但在调节排气量的同时压缩机仍然处于满负荷运行工况，因此低流量负荷下能源浪费相当严重。目前，基于顶开进气阀的回流省功机理的气量调节方法，不仅能够实现气量连续调节，还能够有效解决该类压缩机在低流量工况下能源浪费问题，降低压缩机运行功耗。本文主要分析往复式压缩机气量无级调节技术。

关键词：无级气量调节系统；往复式压缩机；

引言

由于改变了压缩机的初始条件,保证了工作负荷的等级,保持了十字销与外壳之间的正常润滑,通过计算压缩机的反转角度,HRCS系统可以满足压缩机在50-100%负荷下的安全运行。调整 HRCS 后,当压缩机需求低于 50% 时,HRCS 将以 50% 的负荷运行,并通过止回阀调节多余空气量。当负载超过 50% 时,止回阀完全关闭,压缩机负载由 HRCS 控制。当HRCS系统发生故障时,HRCS系统关闭,DCS发出故障信号,由DCS控制止回阀增加压缩机开口以调节空气量,压缩机处于100%满负荷状态。

1、系统组成及工作原理

压缩机的连续体积控制系统由PLC控制单元、液压系统、执行机构和中央控制单元组成,提供高压液压油以保证执行机构的机械性能,在液压系统上安装六缸泵,将液压油提升至约14MPa,压缩机的每个阀门由执行机构安装。内置的高压活塞通过阀门的液压杆来实现上部工作,压缩机的最大排气压力和阀门之间的压力通常选择作为控制变量,该值由压力传感器传递给PLC控制单元,PLC控制单元将测量压力与设定的压力值进行比较,PID控制器计算上部阀门的开启时间,同时PLC控制单元还接收来自上部终点传感器的信号。输出压缩机活塞在气缸的工作位置,然后及时启动电磁阀进入执行机构,控制液压油的高压供给和压力释放,以刺激上游进气阀,然后控制进气阀的开关。液压系统为执行机构提供所需的液压力,从而有效地控制抽气阀的上部开关,当现场工艺流程发生变化时,可以快速实现对压缩机排气的各种要求。

2、HRCS系统配置

HRCS系统的主要配置主要由PLC系统,液压站,执行器,传感器和相关配件组成。总共安装了8个进气阀:4个主阀,2个二级阀,2个三级阀;一个单元共有八个驱动器,由PLC实时控制。液压执行机构通过卸料器作用于抽气阀,液压站提供执行此功能所需的机械功率,液压油的压力通过内置变速箱油泵的作用从正常压力增加到12MPa。在供油和回油管道中安装了膜油储量以稳定油压。液压站的油压和油温在DCS上实时显示,配置设置油压,油温报警,联锁。PLC系统在HRCS系统和DCS以及SIS控制系统中提供信号处理。

3、无级气量调节技术主要发展历程

压缩机的无级空气调节技术早在国外就已经发展起来,1972年,美国Ingersoll-Rand公司开发出一种无级空气调节系统,采用气动液压控制,可以保持吸入阀开启,可根据生产需要进行卸载,但在工业上还没有完全应用。2012年在德国展示了新一代eHydroCOM无级空调系统,其工作原理与HydroCOM相同,不同之处在于液压系统和液压元件被丢弃,驱动电磁系统被液压系统取代,只有数据和电力电缆连接到控制柜,这将成为未来发展的趋势。但由于价格高昂,在国内应用受到严重限制,同时刺激了国内研发的步伐。在中国,多家研究机构将研究无级空气调节系统中压缩机阀的流量管理,其中浙江大学进行了更深入的研究,不断提高吸入阀的工作时间比例控制,最终实现无级空气调节的目标。也有不少研究机构成功借鉴国外无级空调设计的成熟理念,通过不断的更新改造,形成了自主知识产权管理体系,如无级空调系统DidroCOM、无级空调一体化方案、分离式空调系统等,填补了进口系统的空白,保留了原有的全行程吸入阀。为了在无级控制系统故障时(HPU液压站正常)压缩机的正常启停,人机智能信息交换界面使设置的参数简单有效,该系统已成功应用于煤油生产技术。

4、往复式压缩机气量调节方法

4.1 绕过调节

旁路调节是通过排气管、冷却器、分离器储罐、调节阀等将高压高温气体从压缩机返回压缩机入口的调节方法之一。虽然它可以有效地调节生产系统所需的气体量,但高压气体在压缩机消耗能量完成气体容积调节后返回。调节阀承受高压差,阀节点的磨损、振动和噪声是这种调节模式的缺点。

4.2 频率控制

速度控制通过改变压缩机的速度来调节排气量。这种设置的优点是空气量连续,能耗低,各级压缩机的压力比保持不变,压缩机不需要特殊的设置机构。但是,它仅广泛用于内燃机和蒸汽轮机的压缩机,如果驱动器是电动机,则必须配置变频器。由于变频器的功率高、电压高、成本高,以及大量的维护和维修需要,这种方法很少用于带电动机的喷嘴压缩机。此外,变速调节可能会对压缩机的工作产生负面影响,例如:阀门振动,元件磨损,振动增加,润滑不足。这限制了该方法的使用。

4.3 打开吸入阀进行设置

阀门开启的局部调节是将液压驱动器安装在阀门上,以延迟阀门的关闭和控制关闭时间,以获得不同体积的排气量,可达到0-100%的满量程,无需连续调整。这种调节方式只压缩实际需要的气体,采用回流节能的原则,使压缩机的功率消耗与实际消耗成正比,具有调节效率高、空气量连续调整的优点,是具有显着节能的体积调节之一。由于执行机构的动态响应和可靠性,对控制系统的稳定性提出了很高的要求。设计和开发非常复杂。

4.4 活塞支撑环的更新

活塞支撑材料的压缩机环结构为PTFE,纳米HW-PTFE陶瓷板与压缩机填充后与新密封材料接触,这种材料通常用于飞机制动器,陶瓷板和PTFE晶体在HW-PTFE材料中形成相互连接的增强结构,使材料更坚固磨损更低,从而提高了材料的耐磨性。更新活塞式压缩机支撑圈后,活塞式压缩机的使用寿命延长至5000小时。

4.5分挡调节器

对于无级风量调节系统,从HPU液压站出来的高压输入管道可以通过管道输送油,然后直接送到每个液压执行器,直接提供电源,实现无级风量调节。根据压缩机的特殊工艺要求,在高压进口油的每个分支上都安装电磁阀,然后对电磁阀的每个分支进行编程控制,以达到压缩机吸入阀上游的初始调节模式,即停机调节器。分离控制器分为断开状态和启动状态。断开状态,即电磁阀处于断电状态,保证高压油不间断地进入各个分支,是无限风量调节系统的应用状态;启动运行状态是电磁阀的电断开状态,以保证各支管的高压油入口的断开,是调节吸入阀上部开启全过程的应用状态。控制权优先于无限制的空气量调节。

结束语

无级调节系统通过DCS,油电磁阀智能工作,准确快速地控制气体流量和压力等可控变量,实现空气量调节在0-100%范围内,使压缩机的工作流程更加灵活和容易启动和停止。同时,该系统通过按实际负荷压缩运行气体,大大减少了压缩机设备的磨损和部分功能的功率损失,从而实现了设备的节能,提高了投资回报率。在设计方面,无与伦比的HRCS空调采用模块化设计,设备、电气、仪表的标准化安装比其他传统控制系统更快捷、更方便,同时设备的标准化也体现了性能可靠,低磨损部件也降低了运营和技术成本,减少了维护投资。快速和精确的定制可以满足动态过程控制在更长的运行周期中的要求。高度自动化的控制方法,需要最少的人为干预,有助于生产设备长期更节能,更安全,更稳定地运行。

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