摘要：240万吨/年柴油加氢精制装置所需新氢量较设计值小，且加工量常年偏低，新氢压缩机能耗浪费严重。通过对不同节能改造方案的对比分析，在大修期间进行HydroCOM气量无级调节系统改造，节能效果显著。
延安石油化工厂240万吨/年柴油加氢精制装置投产于2014年8月，主要生产符合国Ⅴ标准的柴油产品。新氢压缩机（011-K-101AB）是该装置的关键设备，也是主要耗能设备，其作用是将氢气管网来的氢气增压，供其参与加氢精制反应。该压缩机为两列两级、对称平衡式布置，采用卸荷器调节（机械式气量调节控制阀控制仪表风压开吸气阀调节），可实现0%、50%及100%三档气量调节，并配有旁通调节进行辅助调节。主要技术参数：排气量（吸入状态）为29.6m³/min，转速为333r/min，电动机额定功率2400kW，额定电压10000V，功率因数为0.89。(1) 能耗较大。当装置满负荷运行时，新氢压缩机仅需约55%负荷，即可满足工艺生产对新氢量的需求。但该压缩机仅有0、50%及100%三档气量调节，因此约45%负荷的气量需要通过旁通返回至压缩机入口分液罐，造成了能源浪费。(2) 进气阀及活塞环寿命短。当加工量低于260t/h时，压缩机仅需50%以下负荷，即可满足工艺的需求。当压缩机处于50%负荷运行时，气缸外侧的进气阀处于长期压开的状态，部分气量始终在该吸气阀处吸入和排出，使吸气阀、活塞环长期处于高温状态，加速了气阀非金属阀片和活塞环的老化。(3) 机械故障风险高。当长期处于50%负荷工况运行时，压缩机气缸单侧卸载，活塞杆较长时间处于单向受力状态，造成十字头销等部位润滑不良，加速磨损，发生机械故障的风险较高。往复压缩机常用的气量调节方式有旁通调节、卸荷器调节、变转速调节、余隙腔调节和气量无级调节。变频调速系统适用于交流异步电动机的无级调速，不仅有结构简单、安装维护方便、操作简单、过载能力强等优点，而且能大大降低设备（额定电流内）启动电流，实行软起动，缓解对电网的冲击[1]。但是，新氢压缩机的运动机构（曲轴、连杆、十字头等）采用强制润滑，而运动机构重量较大，低速运转不利于油膜的建立。往复式压缩机的曲轴在旋转时有一个运动死点，一般在曲轴的一侧或两侧设置配重盘（即飞轮），来增加曲轴旋转时的惯性力。如果实际运转速度低于额定转速的60%，则会造成运转到死点时电机功耗达到极限或烧电机，其调节范围过窄。因此，变频调速系统适用于驱动功率很小的压缩机，该大型压缩机不适合增设变频调速系统。余隙腔调节是指在固定余隙调节的基础上，将固定余隙改造成连续可调的可变余隙[2]。即增加一个余隙缸，与原外侧气缸相连通，通过控制余隙的大小实现气量的控制。该方案的改造费用略低于气量无极调节系统的改造，但是系统的调节范围较窄，仅能进行70%~100%负荷的无级气量调节，在实际应用中有一定局限性。因此，该改造方案非最佳选择。HydroCOM气量无级调节系统是通过液压驱动的卸荷机构让进气阀延迟关闭，使多余部分气体未经压缩而重新返回到进气系统，仅压缩实际需要压缩的气量。通过该方式可以有效控制每一个行程的气量，理论上可实现0至100%气量的调节。HydroCOM气量无级调节系统的改造，仅需更换6套进气阀、配置一个小型液压油站，增设相应的控制线缆及元件。设备自身结构不需任何改变，改造较为简单（图1）。因此，增设HydroCOM气量无级调节系统为新氢压缩机最佳节能改造方案。HydroCOM源于英文“hydraulically actuated computerised compressor control system”，即气量无级调节系统或无级气量调节系统。根据往复式压缩机实际循环情况，没有气量无级调节系统的情况下，d→a是气体在气缸内的膨胀过程，a→b是吸气过程，b→c是压缩过程，c→d是排气过程（图2）。a→b→c→d→a所组成的面积，即为一个行程内所消耗的功。在气量无级调节系统中，进气阀通过卸荷器来约束密封元件，而卸荷器又是通过HydroCOM执行机构来驱动。当进气阀开启之前，执行机构内部的电磁阀换向，液压油瞬间进入到执行机构的液压缸，高压活塞推动卸荷器向阀盖侧移动。活塞通过b点之后，当压缩机运行在设定负荷时，卸荷器使进气阀的关闭时间延迟，故而气缸指示压力由b点变到e点。当气体从气缸回流到进气缓冲罐时，气缸内实际压缩的气体将减少。当在e点时，电磁阀换向，液压油又从高压缸内卸出，卸荷器向上移动，进气阀关闭[3]。压缩曲线由e到f。e和f的位置随负荷设定值的减小而向左移动，a→b→c→d→e→f所围成的面积（即消耗的功）成比例的减小。(1) 通过对新氢压缩机节能方案的比较选择，确定了增设无级气量调节系统的方案，并于2020年大修过程中完成改造。改造后，压缩机组运行良好，完全符合生产及安全的需求，并且降低了耗电量，经济效益显著（图3）。该压缩机电机功率因数cosφ=0.89，电压10000V，电流较改造前降低了20A。由P=√3 UIcosφ可算出节约功率为308kW，按每年运行8000h计算，每年可节电246.4万千瓦时。按照工业用电成本0.5元/（kW·h）计算，全年可节约用电成本123.2万元。该系统改造费用约85万元，不到一年即可收回成本。(2) 改造后，任何负荷运行过程中，进气阀处温度始终处于正常范围，且活塞两侧载荷均匀，进气阀及十字头销的使用寿命得以有效延长，机械故障的风险降低。通过对新氢压缩机节能改造方案的分析、比较，选择并实施了增设HydroCOM气量无级调节系统，不仅新氢压缩机能耗过大的问题得到了很好的解决，还满足了工艺生产的需求，获得了可观的经济效益。作者：朱文涛，李宝强，梅胜，何迎（陕西延长石油（集团）有限责任公司延安石油化工厂）
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