余隙调节系统在往复压缩机上的应用

鞠建民，刘军峰

（山东石大科技石化有限公司，山东日照276807）

余隙调节系统在往复压缩机上的应用

鞠建民，刘军峰

（山东石大科技石化有限公司，山东日照276807）

阐述了压缩机余隙无级调节系统的结构组成、工作原理及装置应用后节能效果。

往复压缩机；余隙容积；节能

1 引言

C1102B压缩机是山东石大科技石化有限公司柴油加氢装置关键设备之一，主要作用是向加氢反应系统补偿新氢。该机组型号为CW-15/（24-98）-X，流量15 m3/min，出口压力9.8 MPa。自装置建成投产以来，装置处理量一直较低，维持在设计负荷的50%～60%，为满足该机组运行条件，只能靠出入口回流阀开度进行流量控制操作，这种流量调节方法使得部分气体反复压缩做功，造成了能源的巨大浪费。为了降低压缩机在低处理量下能耗高的问题，我们采用了最新电液控制技术和压缩机余隙无级调节执行机构技术，彻底消除了往复机无用功损失的问题，提高了能源利用率。

2 余隙容积改变与循环指示功关系分析

2.1 余隙容积改变前做功过程分析

由图1分析可知，压缩机气缸侧主要循环指示功过程是：当活塞移动至最左端时，因余隙容积Vc的存在，少部分高压气体会压缩存留在气缸内；当活塞向右开始移动时，存留在气缸中的高压气体因气缸容积变大而开始膨胀，同时，压缩机进排气阀均处于关闭状态，如图1中3-4曲线；当活塞继续向右移动时，此时压缩机入口压力大于气缸内气体压力，进气阀在其内外压差的作用下打开，使得入口管道内的气体进入气缸；当活塞移动到气缸的最右端时，如图1中4-1所示，气缸容积达到最大并完成进气过程，此时，进气阀内外压力平衡，在气阀弹簧力的作用下气阀关闭；之后活塞开始向左运动并压缩缸内气体，如图1中1-2曲线，到达曲线终点时气体压力达到最大值，完成压缩过程。缸内压力大于排气阀外侧压力，在压差的作用下排气阀打开开始排气，如图1中2-3过程，活塞继续向左移动至点3处，排气过程结束。线段3-4、4-1、1-2、2-3所围成的面积3-4-1-2-3即表示压缩机一个循环过程所消耗的功。

往复压缩机为防止气缸内带液发生撞缸事故，都会设计有一定的余隙容积Vc，余隙容积是指往复压缩机压缩终端时留下的容积，当膨胀过程时，残留在余隙中的气体膨胀至进口压力，V4为残留气体膨胀至入口压力的容积。

2.2 余隙容积改变后做功过程分析

当余隙容积Vc增大到Vc′时，在压缩至同样压力情况下，膨胀过程中残留在余隙的气体膨胀至进口压力的体积由V4增大至V4′时。之后，由4′-1完成吸气过程，1-2'完成压缩过程，2′-3完成排气过程，气体达到额定排气压力后从排气阀排出。由于余隙残留气体膨胀体积由V4增大至V4′，压缩后排出气体的容积流量变小，实现了流量调节。线段3-4′、4′-1、1-2′、2′-3所围成的面积3-4′-1-2′-3即表示压缩机余隙容积变大后一个循环过程所消耗的功。

由图2可知，通过余隙容积变化同样可以实现气体流量的调节，随着余隙容积的变大、气体容积流量变小，同时压缩机指示功也随之变小。

3 气量余隙调节执行机构的原理结构

3.1 气量余隙调节执行机构的原理结构

气量余隙调节执行机构是根据通过余隙变化实现气体流量调节的原理将原来的固定余隙容积改造为可变余隙容积。在原气缸外侧安装一个可调余隙缸，两缸之间相通连接，在活塞运行过程中，气缸内的气体可以无阻力进出余隙缸。

在对气量余隙调节机构进行调节时，手动给定参数的电信号通过电液伺服阀转换为液压信号，以推动液压缸活塞运动，从而实现余隙容积变化的伺服控制。当需要减少排气量时，通过电液控制系统控制余隙活塞移动至比例对应位置，此时，气缸余隙容积增大至Vc′，进气量由全原来的Vs-V4减少到Vs-V4′。实现了进气量的减少，压缩循环过程做功由面积3-4-1-2-3减少至3-4′-1-2′-3，降低了压缩机指示功的损耗。

3.2 气量余隙调节执行机构的特点

气体流量调节精度高：由于气量余隙调节执行机构调节方法是通过改变余隙活塞的位移来实现的，因此，这种气量调节的精度非常高，可以达到2‰。

压缩无功损失大大降低：因为压缩机指示功是随着气缸余隙容积的变化成反比关系，也就是说，压缩机的压缩指示功与气体的容积流量接近正比关系。同时，随着进入气阀气体流量的减少，气阀阀片阻力损失也随之降低。

压缩机运行条件大大改善：随着压缩功的降低，压缩机曲轴、连杆机构等零部件的受力也将大大降低，噪声也会随之降低；设备运行更加稳定可靠。

4 余隙自动无级气量调节机构安装改造

拆除原压缩机缸盖及大盖螺栓；在原缸盖处安装复合油缸。保证密封垫片或密封圈的完好，并彻底清除掉压缩机气缸壁上的结焦物等；同时注意“对称把紧复合油缸与气缸间联接的拉杆”。将原来缸盖上、下冷却水管线连接到复合油缸的上、下冷却水管线接口。

由于液压系统对液压油的清洁度要求较高，在液压系统管路安装前一定要对油管路进行酸洗、中和并循环清洗处理。

5 结语

目前，改造后的新氢压缩机已应用于工业生产中，运行中的压缩机一返一和二返二调节阀能够全部关闭，完全实现了余隙调节流量功能。压缩机负荷70%运行，测定电机电流为改造前的75%，按电价0.6元计算，年节省费用约168万元。

压缩机降低负荷的同时，减少了介质通过管线的流量，改善了管线的振动；降低了介质的凝液，避免了凝液带入气缸。同时级间水冷器的负荷减小，节约了循环水，降低了排气阀的排气温度。

[1] 朱赫礼，等.可变余隙容积调节在往复式压缩机上的应用[J].齐鲁石油化工，2013，（3）：236-239.

[2] 丁大卫，等.可调余隙容积技术在加氢往复式压缩机上的应用[J].石油石化节能，2012，（11）：51-52.

[3] 刘正宇，等.可调余隙调节系统在加氢改质装置往复机上的应用[J].压缩机技术，2014，（4）：23-25.

[4] 周兰生，等.可调余隙调节气量在往复式压缩机上的应用及节能效果 [J].兰州石化职业技术学院学报，2014，（2）：23-25

Application of Clearance Adjusting System in Reciprocating Compressor

JU Jian-min,LIU Jun-feng
（Shandong Shtar Science&Technology Group,Rizhao 276807,China）

This paper introduces the structure and working principle of the compressor clearance stepless adjusting system,and its energy saving effects after applied in installation and the energy saving effects of the clearance stepless adjusting mechanism on compressor.

reciprocating compressor;clearance volume;energy saving

TH457

B

1006-2971（2015）06-0049-03

鞠建民（1973-），男，1994年毕业于中国石油大学，本科，学士学位，工程师，主要从事石油化工生产管理工作。E-mail：liuliuai@163.com

2015-06-04