往復式壓縮機氣量無級調(diào)節(jié)方法往復式壓縮機氣量無級調(diào)節(jié)發(fā)展簡述

國外的HydroCOM系統(tǒng) 和ISC系統(tǒng) 均是基于不同調(diào)節(jié)原理的氣量無級調(diào)節(jié)設備，國外產(chǎn)品價格較高，同時因技術封鎖，國內(nèi)并不能掌握核心技術，因此在氣量無級調(diào)節(jié)設備的使用過程中的技術支持也十分有限。

自2000年來，浙江大學化機所針對往復式壓縮機氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行了不少研究工作，開發(fā)出了一套具有國內(nèi)自主知識產(chǎn)權的全量程部分行程頂開進氣閥的氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng) ，不僅打破國外技術壟斷，并填補了國內(nèi)技術空白。

近幾年，北京航天石化技術裝備工程有限公司也研制出基于頂開進氣閥的往復式壓縮機氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)產(chǎn)品。國內(nèi)產(chǎn)品的成長也促使國外產(chǎn)品不合理的壟斷價格降價，開發(fā)往復式壓縮機氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)意義重大，為我國節(jié)能減排做出重要貢獻。

往復式壓縮機氣量無級調(diào)節(jié)方法基本原理

往復式壓縮機氣量無級調(diào)節(jié)基本原理為“回流省功”，如下圖1所示，

活塞在壓縮機氣缸的一個正常工作循環(huán)包括：（1）余隙容積中殘留高壓氣體的膨脹過程，如圖1中A~B曲線，此時壓縮機的進氣閥和排氣閥均處于正常的關閉狀態(tài)；（2）進氣過程，如圖1中B~C曲線，此時進氣閥在氣缸內(nèi)外差的作用下開啟，進氣管線中的氣體通過進氣閥進入氣缸，至C點完成相當于氣缸100%容積的進氣量，進氣閥關閉；（3）C~D為壓縮過程，氣缸內(nèi)氣體在活塞的作用下壓縮達到排氣壓力；（4）D~A為排氣過程，排氣閥打開，被壓縮的氣體經(jīng)過排氣閥進入下一級。

當投入氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，進氣閥在進氣過程結束后由于執(zhí)行機構作用下仍被強制的保持開啟狀態(tài)，那么壓縮過程并不能沿原壓縮曲線由位置C到位置D，而是由位置C先到達位置C_r，50，此時原吸入氣缸中的部分氣體通過被頂開的進氣閥回流到進氣管而不被壓縮，所消耗的能量當然要比壓縮機滿負荷時小的多，待活塞運動到特定的位置D_r，50時，執(zhí)行機構使頂開進氣閥的強制外力消失，進氣閥片回落到閥座上而關閉，氣缸內(nèi)剩余的氣體開始被壓縮，壓縮過程開始沿著位置D_r，50到達位置A。氣體達到額定排氣壓力后從排氣閥排出，容積流量減少。壓縮機的指示功耗與實際容積流量成正比，因此氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠最大程度的節(jié)約能源。

往復式壓縮機氣量無級調(diào)節(jié)方法系統(tǒng)組成

往復式壓縮機氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由PLC控制器、液壓系統(tǒng)、機械執(zhí)行機構和測量與監(jiān)控系統(tǒng)組成，如下圖2所示：

PLC控制器是氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心組成部分，主要功能包括：

1）利用上死點傳感器采集壓縮機活塞運動到上死點位置時刻，依據(jù)上死點信號計算曲軸角度，通過壓縮機負荷的設定值控制執(zhí)行機構的電磁閥，從而精確控制壓縮機進氣閥的啟閉時間；

2）可實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的油液溫度、油壓和液位等相關參數(shù)的采集、監(jiān)控以及油泵的就地、遠程控制；

3）可以提供Modbus RS-485接口，實現(xiàn)氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)就地控制和與DCS等上位機設備的遠程控制；

4）可以實現(xiàn)氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的切除以及故障聯(lián)鎖切除，使得往復式壓縮機恢復到滿負荷運行狀態(tài)，不會影響現(xiàn)場往復式壓縮機的正常運行；

液壓油站向機械執(zhí)行機構提供高壓液壓油以控制進氣閥的開啟、關閉，通過內(nèi)置齒輪油泵將液壓油的壓力從常壓提升到所需的工作壓力，在液壓油供油及回油管路中均安裝了隔膜蓄能器來穩(wěn)定油壓。PLC控制器對液壓油站的油壓、油溫和油液液位進行了監(jiān)控。

機械執(zhí)行機構主要有油缸、電磁閥、卸荷器等組成。機械執(zhí)行機構中電磁閥接受來自PLC控制器的控制信號，適時啟閉電磁閥，從而接通或斷開來自液壓油站的高壓油，以控制頂開進氣閥的時間，實現(xiàn)壓縮機的負荷調(diào)節(jié)。

測量與監(jiān)控系統(tǒng)主要是用于氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)的設置以及監(jiān)控。

往復式壓縮機氣量無級調(diào)節(jié)由如下幾個特點：

1）最寬廣的調(diào)節(jié)范圍，最優(yōu)控制特性，并使壓縮機啟停更加自如；

2）最大限度節(jié)省能源，氣量調(diào)節(jié)后，主電機的實際功率隨壓縮機排氣量的降低成等比例規(guī)律減少；

3）易于實現(xiàn)對現(xiàn)有壓縮機進行升級改造，且在升級改造過程中不影響現(xiàn)有壓縮機的部件和安全運行；

4）調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后可自動切除，不影響壓縮機正常運行，且系統(tǒng)易于維護；

某往復式壓縮機功率P為2000KW，機械效率η為85%，壓縮機負荷L按70%運行，當投入往復式壓縮機氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，每小時壓縮機耗能為：

P_耗=P*（1-η） P*η*L=2000*0.15 2000*0.85*0.7=1490KW

每小時通過氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)可節(jié)約的能耗為：

P_節(jié)=P-P_耗=2000-1490=510KW

每年壓縮機運行時間t按8000小時，電費單價M₁按平均0.7元/度計算，當投入氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，每年可節(jié)約的電費M 為：

M=P_節(jié)*t*M₁=510*8000*0.7=285.6萬元。 2100433B

國外已有HydroCOM系統(tǒng) 和ISC系統(tǒng) 等氣量無級調(diào)節(jié)設備，國外產(chǎn)品價格較高，同時因技術封鎖，國內(nèi)并不能掌握核心技術，因此在氣量無級調(diào)節(jié)設備的使用過程中的技術支持也十分有限。

近幾年，國內(nèi)也進行了不少研究工作，也研制出基于頂開進氣閥的往復式壓縮機氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)產(chǎn)品。國內(nèi)產(chǎn)品的成長也促使國外產(chǎn)品不合理的壟斷價格降價，開發(fā)往復式壓縮機氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)意義重大，為我國節(jié)能減排做出重要貢獻 。

往復式壓縮機氣量無級調(diào)節(jié)由如下幾個特點：

1）最寬廣的調(diào)節(jié)范圍，最優(yōu)控制特性，并使壓縮機啟停更加自如；

2）最大限度節(jié)省能源，氣量調(diào)節(jié)后，主電機的實際功率隨壓縮機排氣量的降低成等比例規(guī)律減少；

3）易于實現(xiàn)對現(xiàn)有壓縮機進行升級改造，且在升級改造過程中不影響現(xiàn)有壓縮機的部件和安全運行；

4）調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后可自動切除，不影響壓縮機正常運行，且系統(tǒng)易于維護；

往復式壓縮機氣量無級調(diào)節(jié)由如下幾個特點：

1）最寬廣的調(diào)節(jié)范圍，最優(yōu)控制特性，并使壓縮機啟停更加自如；

2）最大限度節(jié)省能源，氣量調(diào)節(jié)后，主電機的實際功率隨壓縮機排氣量的降低成等比例規(guī)律減少；

3）易于實現(xiàn)對現(xiàn)有壓縮機進行升級改造，且在升級改造過程中不影響現(xiàn)有壓縮機的部件和安全運行；

4）調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后可自動切除，不影響壓縮機正常運行，且系統(tǒng)易于維護；