HydroCOM无级气量调节系统在往复压缩机上的应用

　　中国石油乌鲁木齐石化公司炼油厂（以下简称中国石油乌石化炼油厂）加氢裂化装置的压缩机组由3台PeterBrotherhood的4E3+BL组成，2开1备。压缩机的设计标准排气量为（24电动机功率为2570kW.因为每台仅可满足70%的生产需要，所以通常情况下压缩机开二备一，但是在实际生产过程中，由于该压缩机使用三返一的气量调节方式，即使工艺负荷达到*大，也有相当于1台压缩机60%的气量通过调节旁路返回进气管道，而这些回流的气体是经过压缩的，这样就造成了很大的能源浪费；此外，由于压缩机机组没有逐级调节机制，使得压缩机不能够缓慢地增加负荷，因此不可避免地会对压缩机造成冲击，这也严重影响了工艺稳定性和压缩机的使用寿命。为了解决压缩机的上述问题，中石油乌石化炼油厂的加氢裂化装置引进了HydroCOM无级气量调节系统，实现了较好的节能效果和压缩机的平稳运行。

　　1HydroCOM工作原理和系统组成1.1工作原理如所示，压缩机在正常工作循环中，1个气缸内活塞的运动般包括如下几个阶段：气缸内剩余气体的膨胀过程，压缩机的吸气过程，在吸气体积达到气缸容积的100%时对气体开始进行压缩，在气体达到排气压力时进行排气过程，这4个阶段对应中、硷、和方1这几段曲线。但是如果在吸气过程结束开始进行对气体的压缩过程中，进气阀在外力的作用下依然保持开起状态，气缸中未经压缩的气体经由进气管道回流回去，等到某一个点Cr（也就是气量调节所要求的排气量）时撤除外力，气阀在气缸内外压差的作用下关闭，然后气缸对剩余气体进行压缩，气体达到排气压力时排出，从而达到气量调节和节能省工的目的。这种调节方式的个显著优势在于压缩机功耗与排气量成正比，从而有效地节省了大量的能量。

　　1.2系统组成HydroCOM无级气量调节系统主要包括下述几部分。

　　1.2.1压缩机接口单元CIU CIU主要承担HydroCOM系统与DCS之间的信息交换和信号转换功能，是沟通HydroCOM系统与用户原有控制系统的重要媒介4，CIU的基本下：1）将DCS发出的420mA电流信号转换为能够对压缩机各级气阀进行起闭控制的信号；2）把收集来的气缸压力、温度、液压油站温度压力以及各种出错报警信号进行转换后传递给DCS系统；3）对系统进行参数设置；）通过接受由TDC脉冲传感器探测到的飞轮位置信号来计算执行机构的确切动作时间。

　　CIU本身并不发出或者产生控制信号，它作为一个信号转换枢纽把传达来的信号转换为上下环节都能够识别的信号，把HydroCOM系统变成了一个能够接受标准电流信号的高速调节系统，从而能够与原有控制系统DCS等无缝隙结合，使得压缩机的气量调节改造变得更加方便。

　　1.2.2液压执行器HA HA是对包括卸荷压叉和电磁阀等一系列对气阀产生直接作用部件的统称，由液压油站提供动作所需要的动力，CIU提供控制信号，EPS供电。HA主要由所示的密封室、阀室和电气室3部分构成。

　　液压油站HU液压油站的主要作用是为执行机构提供动作所需的动力。它通过自身所有的齿轮泵把液压油加压到所需的压力（*高可达200Bar，准确数值由压缩机被调节的*高一级的进气压力所决定）。为了保证油压的稳定，执行机构HA的进油管路和回油机飞轮的旁边，通过探测在飞轮上打的孔或者是安装的螺栓传来的信号来确定压缩机气缸中活塞的实时位置，经过压缩机中间单元CIU的转换处理之后与从控制系统传来的各级控制信号值进行比对计算，之后通过现场总线把控制信号再回传到执行机构以控制吸气阀的准确启闭时间，TDC的安装位置示意图如所示。

　　1.2.5服务器单元HSS计算机，它的主要功能是设置无级气量调节系统的具体参数，使调节系统与压缩机实际工况相匹配，此外还承担着系统的调试工作和发生故障时的故障诊断功能。

　　2.1基本控制方案采用如下控制方案（见）：1）在K101A/B压缩机上装备使用贺尔碧格的HydroCOM无极气量调节系统，实现30%100%的气量连续调节；2）机组旁通阀的控制变量为HydroCOM系统的主控变量；3）具体控制逻辑图如所示，该控制逻辑图应在DCS内组态实现，压缩机电动机运行状态和油站电动机运行状态信号来自电气MCC，联锁定液压油站电动机信号触发之后，HydroCOM系统切除，由旁通阀完成压缩机的气量调节。

　　2.1.1总体控制原则该系统的总体控制原则为调节器输出高选控制和分成控制相结合。

　　1402和反应器入口压力调节器PIC―1501的输出结果进行比较，选择输出信号值大的作为高选器的输出信号，也就是说高选器LSS的桥是指向输出值较大的一方，PIC1402与PIC1501的控制方式与原来保持不变，LSS的输出为阀位开度。PIC1402与PIC1501的输出值经过高选器后变为阀关闭信号，例如PIC1402的输出为30%，则经过LSS后转变为阀关闭70%的信号，现场三返一的阀的实际开度为30%，HydroCOM和旁路调节所接受的信号均为阀关闭信号。通过LSS之后，HydroCOM和旁路调节阀的控制方式采用的是分程控制，当HydroCOM处于自动模式时，高选器的输出在0%20%的范围时，HydroCOM将使压缩机保持在20%的负荷运行，旁通阀则对应的是0%100%的关度。当高选器的输出在20%100%时，HydroCOM的输出为高选器的输出值，旁通阀的关度为100%，也就是保持关闭状态。

　　对于二级、三级压缩的控制，则为比例为（+ 2.1.2联锁逻辑说明101A主电动机运行20S后、HydroCOM自身油站电动机运行和手动投用CIU这3个条件在同时满足的情况下，HydrosCOM的CIU才允许投用，也就是被激活（ena-bled）。

　　2）下述4个条件中的任意一个条件达到后，将延迟3s联锁停HydroCOM自身油站油栗，同时Hydo-COM强行输出100%负荷，机组处于满负荷运行。

　　现油压低低（油压<7.0MPa）。）当点击联锁旁路时，所有的联锁条件将被全部切除。

　　2.2HydroCOM系统的节能效果在，已在世界上应用约三百余套，在国内也已经有较大范围的应用，从资料以及实际应用情况来看，该系统确实具有很低的故障率和很高的可维护性。根据中石油乌石化炼油厂的压缩机数据信指示功/kW省功/kW节电/万元息表，对该机安装HydroCOM系统后的节能功效进行了初步评估。K一101A/B/C压缩机的电动机功率为2600kW，指示功率按照轴功率的0. 85计算：节省的压缩机指示功率=压缩机指示功率X（1一压缩机负荷）年节省电费=节省的压缩机指示功率X通过估算，该机安装HydroCOM系统后在不同负荷下的节能效果见表1，压缩机指示功随负荷变化的变化如所示。

　　表1不同负荷下压缩机的指示功与所节省的能源压缩机负荷/%.824 3无极气量调节系统在应用过程中出现的问题与分析3.1系统投用过程中出现的问题在投用过程中，K301A无级气量调节系统三级南北两侧执行机构的密封室先后发现泄漏。拆检时发现密封室的3个密封环内的填料均有不同程度的损坏，越靠近根部损坏越重（见）。

　　三级南北两侧执行机构密封室损坏情况三级南北两侧执行机构更换不同材质的新填料，南侧填料使用原材质填料（VITON氟橡胶），但螺纹锁紧环处填料存在缺陷。北侧填料使用一套不同材质（SIMRIZ全氟弹性体）的填料组件。SIM-RIZ全氟弹性体价格较VITON氟橡胶贵很多，一般使用在需要耐高温和耐腐蚀等苛刻的场合。之后，南侧执行机构填料发生再次泄漏，拆检情况与所示相似，后更换一套新填料，材质为VITON氟橡胶。之后，北侧执行机构填料第3次泄漏，拆检发现，填料损坏是历次损坏中*严重的，填料1、2基本完全损坏（见0），泄漏气体在火炬气出口排放不及时，从密封室现场放空口喷出。

　　0三级北侧执行机构密封室损坏情况3.2问题原因分析1）工况恶劣，如工艺气体含腐蚀介质、机械杂质，或三级气缸压力高，达到95bar.但K301A只使用制氢装置，氢气纯度达到99.99%，仅含微量氯化氢气体，不含机械杂质（具体工艺介质含量分析见表2），不会对密封造成影响。北侧填料曾使用一套不同材质（SIMRIZ全氟弹性体）的填料组件，该装置压力高达1000余bar，但至今未出现相类似的损坏，而K301A仅使用40d就出现损坏。所以应该是填料组件不能适应高压工况所致。

　　表2 K301A工艺介质含量分析2）安装和配合问题，从*上面一道密封的磨损情况较轻来看，怀疑卸荷杆上下往复运动时产生了径向力或对中不好，加快了填料的磨损。

　　执行机构安装图如1所示。从3次拆检情况来看密封室与阀盖之间有4颗固定联接螺钉（见1），拆装工具为厂家提供的专用扭力扳手，拆装过程用力均为86Nm，证明密封室和阀盖之间并未松动；b.经过现场测量，卸荷杆直径为12mm，椭圆度正常；。从其他使用同类设备的装置反馈信息来看，大多是在使用1年以后卸荷杆与填料同时有磨损，现场目测K301A三级卸荷杆表面光洁；d.阀盖与阀座联接螺钉紧固（见1），阀盖与阀座接触，无松动偏移，此项无数据说明；e.阀盖及执行机构制造缺陷导致出现安装配合问题，此项检查难度较大，需要时间及厂家提供数据支持。

　　4结语本文对HydroCOM无级气量调节系统在往复压缩机上的实际应用情况进行了分析，得出了下述结论。

　　1）压缩机所消耗指示功率与排气量基本呈正比关系。在HydroCOM控制下，压缩机仅压缩工艺需求的80%左右气量，较之前的旁路气量调节模式可以节省约20%的指示功。

　　2）使用HydroCOM调节系统使压缩机的起动、切换停机等过程中的压力波动更加平稳，各项参数也更加稳定，对压缩机的控制更趋合理。）该系统使用过程中应注意压缩机工艺工况和安装配合对密封室的影响，避免恶劣工况或者安装配合不当造成的填料失效或磨损，从而导致不必要的停机维护。

　　4）系统维护一般只需要更换HA的密封填料、垫片或者油站的过滤芯等部件，所以系统的维护费用很低。

　　综上所述，HydroCOM系统对于加氢裂化车间的压缩机组起到的气量调节作用基本符合预期目标，取得了预期的节能和调节效果，并且有着较好的可维护性。