组合式气量调节在迷宫压缩机上的应用

压缩机技术2021-07-10 13:06:44

[摘要]:针对迷宫压缩机现场使用工况,利用变频调速调节和管路旁通调节,设

计了一套组合式压缩机气量调节系统。

[关键词]:迷宫压缩机;变频控制;PLC;PID

中图分类号:TH457 文献标志码:B

文章编号:1006-2971(2017)04-0033-03

Application of Combined Air Volume Regulation in Laby -rinth Compressor

LIU Bao-long, JI Hong-xu

(TianHua Institute of Chemical Machinery &Automation Co., Ltd., Lanzhou 730060, China)

Abstract:According to the working condition of labyrinth compressor, a set of combined compressor air volume regulating system was

designed by using frequency conversion speed regulation and pipeline bypass regulation.

Key words:labyrinth compressor; frequency control; PLC; PID


1 引言

往复压缩机,是石化生产装置中常用的一种压缩机,其选型依据通常是根据用户需求气量的最大值来考虑,即压缩机最大排气量要满足用户的最大需求气量。但是在实际生产使用过程中,会因为现场种种原因,压缩机的排气量需要根据不同情况而改变。例如:由于用户系统工艺或流程的原因,压缩机上游的供气量不足或者压缩机下游的需求气量减少等。在此种情况下,就需要在压缩机运行过程中对压缩机的排气量进行调节。

同时,压缩机气量的合理调节,为降低成本,节约能耗,提高投资效益,也具有重要的意义。

针对以上情况,合理的气量调节方式对往复压缩机的节能降耗,降低生产成本和使用成本是非常有益的。

本文针对上海某化工厂氟工装置用迷宫往复压缩机,介绍一种组合式往复压缩机气量调节方法。

2 往复压缩机气量调节方法

目前,往复压缩机普遍采用以下几种气量调节方法:

2.1 作用于气体管路的调节方式

作用于气体管路的调节方式有进气节流调节和旁路管路调节。

气体管路进气节流调节是在压缩机进气管路上安装节流阀,通过节流阀开度的调整来调节压缩机进气量,从而调节压缩机排气量。最高可以关闭节流阀,截断压缩机进气。优点是调节机构简单,缺点是要改变压缩机入口工况,对机组有运行影响。

旁路管路调节是将进气管与排气管用旁通管路和旁通阀连通,使排出的高压气体返回低压进气管,实现压缩机流量调节。优点是调节机构简单,不影响压缩机工况,缺点是不经济,耗能大。

2.2 作用于气阀的调节方式

作用于气阀的调节方式有全行程,压开进气阀调节和部分行程压开进气阀调节。

全行程压开进气阀调节方式是压缩机压缩过程中,其中几个进气阀在压缩过程中全行程处于全开状态,进气阀不吸气,减少进气量。优点是易于实现,执行机构价格低,缺点是只能安装吸气阀数量阶段性调节气量,气量调节不连续。

部分行程压开进气阀调节,是压缩机压缩过程中对所有进气阀在压缩过程中部分行程处于打开状态,实现部分吸气,控制进气量来实现调节气量。优点是气量调节范围广,无级调节,缺点是调节装置,结构复杂,成本高昂。

2.3 作用于驱动机的调节方式

作用于驱动机的调节方式,有停转调节和变转速调节。

驱动机停转调节是通过停止某台或几台压缩机的运转,实现总排气量调节的目的。其缺点是频繁启动,电网波动较大,一段时间段内,单台机组启停次数受到限制。

变转速调节是利用驱动机转速的快慢变化,来实现机组排气量的调节,由于不改变压缩机本身的结构,对于多级压缩机来说,也不会由于转速的变化而导致级间压力的重新分配,所以可以较为方便的实现排气量的分级或连续调节。

3 迷宫压缩机气量调节方案设计

3.1 机组工艺背景

氟化工装置用迷宫压缩机的工作介质是具有毒性的,四氟化碳,三氟化氮等气体的混合气,根据工艺流程要求,将含氟气体压缩增压到一定压力,输送进反应塔。在工艺流程的不同阶段,反应塔中合成反应所需要的气体流量是有差异,因此,需要调节生产反应不同阶段的压缩机排气量,以保证整个工艺的运行。

压缩机的订货要求:压缩机的进气压力为0.1 MPa (G),排气压力为3.0 MPa (G),最大气量为117 Nm3/h,压缩机的气量调节范围在0~100%之间。

3.2 组合式方案确定

在进行压缩机方案选择时,通过与用户的充分沟通,以及对工艺具体了解,在考虑减少成本以及为用户节能的目的下,采用分阶段使用驱动机变频调速及二反一旁调节的方法来实现压缩机气量0~100%调节。具体的气量调节方案为:

3.2.1 50%~100%之间的气量调节由驱动机变频调速来实现

驱动机的最高转速定为980 r/min,对应100%气量,根据压缩机对驱动机转速的最低要求,驱动机的最低转速定为490 r/min,对应50%气量,即,通过驱动机转速为490~980 r/min的调节,实现50%~100%之间的气量调节。

3.2.2 其余0~50%之间的气量由二回一旁路的气动调节阀来进行调节

50%以下的气量调节在控制驱动机转速在490 r/min的情况下,通过调节二回一调节阀的开度来实现。

4 控制系统

4.1 变频控制原理

由于压缩机排气量与排气压力线性相关,所以用排气压力作为排气量的量化参数。压缩机机组的正常出口压力设为p0,现场实测压力设为pZ,则驻p=(pZ-p0),根据驻p的大小情况,经过PID运算,根据结果控制变频器,合理调整驱

动机转速,使实际排气压力与系统设定压力基本符合。当驻p>0时,现场实际排气压力偏高,可通过降低驱动机转速,减小排气压力;驻p<0时,说明现场实际排气压力偏低,通过提高驱动机转速,增大排气压力,如图1所示。

4.2 控制约束与补偿

(a) 控制约束50%~100%的气量调节,用变频调速实现,考虑机组润滑效果及躲避共振,驱动机实际转速约束在490~980r/min,工作频率约束在25~50 Hz。

(b) 控制补偿0~50%的气量调节,由二回一旁路的气动调节阀来进行调节,在驱动机25 Hz的工作频率下,通过调整调节阀开度实现,如图2所示。

4.3 控制流程

运用PLC实现对机组气量调节的自动控制,按照系统实际需要气量自主选择使用变频调速调节还是管路旁通调节,并根据实际工况通过PID运算后自动调节压缩机转速和旁路调节阀开度,从而调节压缩机排气量,使系统在需求排气量下稳定运行。系统控制流程如图3所示。

5 结论

本文中的氟化工装置用迷宫压缩机,通过采用变频调速与旁路调节的组合式气量调节方式后,在节约电能的同时,该机组的设备采购价格相对于采用无级气量调节系统有大幅度的下降,同时在调节气量的范围和质量上也有所保证,并且,减缓了压缩机启动时对电网产生的冲击。因此,这种组合式气量调节技术在该类往复压缩机中有一定推广价值。

参考文献:

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