往复式压缩机余隙调节工作原理

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不好意思，这个还在编辑中，望大家谅解！五月发表没有问题

坑财富啊 这是

山东海化工有限公司
4M32-13.82/24-186新氢压缩机
装备ASSV1.0余隙调节控制系统
可行性方案书








技术策划：罗新民13870209881
项目经理：韩涛18654614566

江西九江大安自控设备有限公司
山东优程节能技术有限公司
二〇一七年五月 


目录


1   装备ASSV1.0控制系统带来的显著利益……………………………2
2   方案书背景与项目必要性……………………………………………2
3   ASSV1.0控制系统工作原理和系统组成……………………………3
4   项目建设的内容………………………………………………………7
5   系统配置………………………………………………………………8
6   系统的优点……………………………………………………………9
7   市场使用情况…………………………………………………………11












1装备ASSV1.0控制系统带来的显著利益
按照2017年5月13日提供的压缩机现场考察数据，山东  海化工有限公司蜡油加氢装置C1102A/B新氢压缩机的4M32-13，82/24-186新氢压缩机，该压缩机正常设计流量为17360Nm3/h，考虑运行工况压力变化的流量为16000Nm3/h左右，而实际运行的流量约为11000Nm3/h左右，则约有31％的压缩功将被浪费。
1.1装备ASSV1.0控制系统后的优点
1.1.1可根据主控变量的要求实现60～100％负荷范围内的自动、连续、快速调节；
1.1.2可根据压缩比进行各级间压力自动控制，使压缩机始终运行在最佳工作状态；
1.1.3可实现压缩机的平稳加载、无冲击切换和停机；
1.1.4可提高压缩机操作性，有利于减少运动机构的摩擦力；
1.1.5在余隙缸外表进行冷却，能使压缩机向等温压缩过程趋近，能最大限度减少能耗；
1.1.6对震动较大的压缩机有明显的降低作用。
1.2装备ASSV1.0控制系统带来的经济效益
1.2.1该压缩机装备ASSV1.0余隙气量无级调节控制系统，每年可以节电约0.31*1600*8000=396.8万度，合人民币约396.8*0.70=277.76万元左右,可见短期就能收回投资成本。
1.2.2节能降耗，投资回报高；
1.2.3价格便宜，是进口设备价格的30%左右；
1.2.4使用成本低，基本免维护。



2  方案书背景与项目必要性
山东海化工有限公司蜡油加氢装置C1102A/B新氢压缩机的4M32-13，82/24-186新氢压缩机，依据我们考察现场情况的设计流量约为16000Nm3/h。该机组在实际使用中，生产所需气量约为11000Nm3/h，其生产所需气量大约为总气量的69%左右，其现机组轴功率仍按满负荷做功，这样将会造成约31%轴功率的浪费。
往复式压缩机传统的气量调节方法有顶开进气阀调节、固定余隙腔调节和旁路调节。其中顶开进气阀调节和固定余隙腔调节是有级调节，旁路调节是耗能调节。
目前，部分行程顶开进气阀调节是调节范围大、节能效果比较好的一种方式。此种方式可以实现气量20～100%的无级调节，但由于顶开进气阀的时间有精确要求，所以对控制和执行机构要求很高，投资很高。
山东优程节能技术有限公司利用《活塞往复式压缩机余隙无级调节装置》专利技术，开发出ASSV1.0气量无级调节控制系统（以下简称ASSV1.0控制系统）。在不改变压缩机原主体结构及不改变压缩机原控制系统的情况下，仅对压缩机缸盖进行改造，取消原固定余隙端盖。通过电液控制机构智能调节，能根据给定的控制参数，可自动控制流量在60%～100%的连续无级调节和各级间压缩比的调节。而且还可以轻松实现压缩机的平稳启动、切换和停机，短时间内在不需停压缩机的情况下就可对控制系统进行维护检修。
ASSV1.0控制系统采用成熟的、通用的PLC控制电液控制系统方式，从而达到自动控制压缩机气量及各级间压缩比，具有投资及维护费用低、输出气量的稳定性高、参数设置灵活、系统可靠的特点。由于没有多余气量反复进出进气阀，阻力损失小，减少对进出气阀的损坏周期，节能效果也略优于部分行程顶开进气阀调节方式。
鉴于上述情况，我们建议山东海化工有限公司蜡油加氢装置C1102A/B新氢压缩机的4M32-13，82/24-186新氢压缩机上装备本公司开发的ASSV1.0控制系统节能设备。

3  ASSV1.0控制系统工作原理及系统组成
3.1工作原理
图1为压缩机存在固定余隙Vc的示意图和理想气体示功图。图中，横坐标V表示气缸容积变化，纵坐标P表示气缸压力变化，P1、P2分别是进、排气压力。在图中，

1—2—3—4表示存在余隙容积Vc时全排气的循环图。由于有余隙容积Vc的存在，使
吸入气体，直到活塞右行到位置4时，气缸内气体体积由Vc膨胀到V4、压力由P2下降到P1时才开始进气。进气量相应的线段长度为4—1，压缩过程为1—2，排气过程为2—3，膨胀过程为3—4。1—2—3—4—1包围的面积即为一个往复行程需要的功。
图2为压缩机在固定余隙Vc的基础上再增加余隙容积到Vc′的示意图和理想气体示功图。图中，横坐标V表示气缸容积变化，纵坐标P表示气缸压力变化，P1、P2分别是进、排气压力。
进气量相应的线段长度为4′-1，压缩过程为1—2′，排气过程为2′—3，膨胀过程为3—4′。1—2′—3—4′—1包围的面积即为一个往复行程需要的功。余隙增大到Vc′时，排气量和所需要的能耗均减小。
可调余隙调节是在固定余隙调节的基础上，将固定余隙改变成余隙容积连续可调的调节方法，取消控制辅助余隙腔与气缸之间连接的余隙端盖，可调余隙缸与外侧气缸直接相通，进出余隙缸的气体几乎没有阻力损失。
见图3可调余隙调节的示意图和示功图所示，当需要减少排气量时，可以增加余隙容积到Vc′，此时功率循环图为1—2′—3—4′。进气量由全进气量相应的线段长度4—1减少到线段长度4′—1，压缩过程按1—2′进行，压缩过程活塞力的增加速率小于余隙容积为Vc时的速率，排气量由相应的全排气量线段2—3减少到线段2′—3。由于没有额外的阻力，在3—4＇膨胀循环过程中，气体对压缩机活塞作功，减轻了曲轴连杆的负载。
当需要外侧气缸零排气量时，可以增加余隙容积到Vc〃，此时，余隙Vc〃中留存的高压气体膨胀到吸气行程Vs终止，膨胀线和压缩线合二为一，如图三中过程线1—3—3—4〃所示。
由图4 ASSV1.0控制系统可调余隙活塞的工作原理可见，对双作用气缸来说，采用比较普通的电液控制设施，通过控制余隙活塞的位置就可实现压缩机排60%～100%范围无级调节。ASSV1.0控制系统是专为往复式压缩机开发的数字式电液控制气量无级调节系统，适合气阀径向布置的压缩机。控制系统可以根据设定输气量、指定的数、或通过手动给定参数，通过PLC可编程控制器、比例阀、位移传感器、伺服油缸组成
的电液位置控制系统，使余隙缸活塞按输入信号作直线位移，从而实现各级余隙容积变化的伺服控制，最终实现压缩机排气量和级间压缩比的控制。油缸执行部分具有放空口保护功能，确保漏气不会进入液压油系统，漏油不会进入压缩机气缸。
图4  ASSV1.0控制系统可调余隙活塞的工作原理
3.2系统组成
见ASSV1.0控制系统基本组成图5可见，装备ASSV1.0控制系统在一级二缸压缩机中，主要由仪表控制系统、液压控制系统、油缸执行机构和电气及油管线等组成。
3.2.1仪表控制系统
仪表控制系统包括PLC控制器、信号采集AD模块、信号显示，提供系统内部和用户系统之间的信号交换处理功能，是连接ASSV1.0控制系统和用户DCS系统的桥梁，根据所需要的压力、流量和温度等工艺要求实现自动控制。
3.2.2液压控制系统
液压油站向执行机构提供高压液压油，通过内置齿轮油泵的作用把液压油的压力从常压提升到14MPa左右（准确压力值取决于压缩机中受控的最高一级的进出气压
力）。油站包含电机油泵、电磁阀、比例阀、温度继电器、压力变送器、液位开关、过滤器、油箱等部件。














图5ASSV1.0控制系统基本组成图

3.2.3油缸执行机构
执行机构是由余隙缸、液压缸、活塞及位移传感器组成，通过PLC可编程控制
器、比例阀、位移传感器、伺服油缸组成的电液控制位置系统，使余隙缸活塞按输入信号作直线位移，从而实现各级余隙容积变化的伺服控制，最终实现压缩机排气量和各级间压缩比的控制。

4 项目建设的内容
ASSV1.0控制系统接受4～20mA标准电流信号的调节阀，可以很方便地接入到用户现有的DCS控制系统中，通常需要接入的信号包括DCS控制信号（4～20mA电流信号）、压缩机各级进出口压力。在压力传感器的监测下，ASSV1.0控制系统根据设置的压缩比自动调节后级压缩比，通过PLC控制器计算驱动比例阀驱动执行机构，完成流量和压力的控制目的。
压缩机装备ASSV1.0控制系统项目的建设内容主要包括：
4.1执行机构部分——为达到控制任务，压缩机的所有原端盖部分拆除，加装液压余隙油缸执行机构。
4.2仪表部分——仪表包括PLC控制器、模数转换、彩色液晶触摸显示屏、开关电源及比例阀驱动，全部放置在现场仪表防爆箱内。
4.3液压装置部分——液压系统向液压执行机构提供液压动力，与仪表控制系统部分组装为一体，可直接放置于防震现场压缩机旁的楼板上。

图6  ASSV1.0控制系统现场安装
4.4安装部分——九江大安公司全程提供与ASSV1.0控制系统部件相关的所有技术资料及相关的技术支持，并最终完成系统的调试工作。ASSV1.0控制系统安装示意图图6
所示，主要包括以下几部分内容：
4.4.1安装各级执行机构余隙油缸
4.4.2安装液压油站
4.4.3安装所有的液压金属管和软管
4.4.4安装所有控制柜电缆线及外部接控制柜电缆线等
4.4.5安装位移传感器和电缆线

5 系统配置
按照现场压缩机的结构工况和ASSV1.0控制系统标准配置方案，建议的基本供货范围如下表所示：
执行机构        余隙缸        45#        常州天宇
        位移传感器        CHM0xxxMGR        北京特倍福
        密封圈、支撑环        氟橡胶、四氟、聚氨酯        英国赫莱特
油压油站        油箱        304不锈钢                自制
        防爆电机        YBxn3100L/3KW（指定）        南阳
        液压油路板        合金铝        自制
        电磁换向阀        DSG-01-3C4/D24        油研
        压力变送器        3051        罗斯蒙特
        溢流阀        DBDH6K10/10Mpa        华德
        手动换向阀        SDF-02-01        自制
        蓄能器        NXQ-25                奉化
        精密滤芯        5U-JFX-76H        707所
        压力表        DS63-D        武汉派祥
        双金属温度        WSX-71        黎明液压
        液位继电器        YKJD24-300        黎明液压
        空气过滤器        EF3-40        黎明液压
        液压锁                YKF-02-02        自制
        液位温度计        YWZ-300T        黎明液压
        泵入口滤芯        XU-63X80-J                黎明液压
        截止阀        JF-01-01        自制
        液压油泵        ALP2A-D-16        意大利马祖奇
控制系统        PLC        S7-200        西门子
        显示器        "10″彩色液晶触摸屏        昆仑通泰
        AD模块                三菱或西门子
        接线端子板        JX--02--01        菲尼克斯
        开关电源        SE-350        台湾明纬
        继电器                欧姆龙
        电源开关        Z8030        华荣
        防爆仪表箱        YX-01        华荣
        安全检测系统                大安
        压力变送器        AST        美国罗斯蒙特
        截止阀        JF-01-01        自制
        压力表        Y100BFZ        上海仪川
        气动单向阀        KA-15（SMC指定）        新洋机电
        气动减压阀                QTY-8（SMC指定）        乐青顺源
        油管路        不锈钢304        自配
余隙缸形式        水冷却
供货范围        提供余隙缸、控制柜系统和余隙缸到控制柜电缆，不提供控制柜到控制室电缆和动力电缆。       
服务范围        不负责现场余隙缸安装和电气仪表接线，负责现场指导安装，调试和培训。
        注：以上所有配置按出厂配套要求为准。

6  系统的优点
安装使用ASSV1.0控制系统的优点主要体现在以下几方面。
6.1系统可操控性
压缩机装备ASSV1.0控制系统后，通过液压执行机构液压手动、现场自动及DCS控制实现对压缩机负荷在60%～100%之间的自动调节，压缩机的气量调节简化到仅需改
变执行机构一级油缸余隙位置，系统即自动跟踪并自动调节后级压力值。使用后可以
使压缩机的控制更趋合理，能够实现压缩机的平稳加载、切换无冲击和停机。
6.2系统的安全性
    ASSV1.0控制系统采用比较普通的电液控制和执行机构，具有位置锁定控制功能，保证负荷不会波动。控制系统还具有手动调节功能，当仪表控制部分出现故障时，可采用手动换向阀控制余隙大小，保证压缩机可靠运行。执行机构设有放空口，确保漏气不会进入液压油系统，漏油不会进入压缩机气缸。当泄漏超过设定值时提示报警或高报警，当泄漏达到高报警时，控制系统油泵停机并全开余隙，保证压缩机不停机运行。
6.3系统的可靠性
ASSV1.0控制系统的主要部件都采用国外知名厂家品牌，优秀而严谨的设计与制造使该产品具有很好的可靠性。自2008年推广以来，所使用过的单位至今正常运行，节
能效果立竿见影。因其价格便宜，安全可靠，安装简单、维护量少等优点逐步取代进口设备。
6.4系统的节能性
压缩机主要数据表：
        轴功率(Kw)        1600（电机1800）
        各级吸气压力(MPa)        2.4/5.16/10.13
        各级吸气压力(MPa)        5.16/10.13/18.7
        各级吸气温度(℃)        40/40/40
        各级排气温度(℃)        118/110/103
运行参数        流量（Nm3/h）        11000
        各级吸气压力(MPa)        2.2/4.625/8.8
        各级吸气压力(MPa)        4.6/8.7/15.6

按照所提供实际需求的压缩气量约为设计气量的69％左右，按照目前设计的旁路调节的方式，约31%的压缩功被浪费，同时还浪费大量的用于冷却被压缩、高压、高温回流气体所需的冷却水。
如果采用目前节能效果最好的余隙无级调节ASSV1.0气量无级调节系统，将可以节省大量的电耗和水耗，获得可观的经济效益。初步测算，按实际输出流量的31%计算，可以减少轴功率约496kw，按年运行8000小时计，每年可以节电约396.8万度，按电价0.70元/度计算，年节省电费合人民币约277.76万元。
现估算该机装备ASSV1.0后在不同负荷下的节能效果，如下表：
压缩机负荷（%）        100        90        80        70        71        60
轴功率（KW）        1600        1440        1280        1120        1104        960
减少轴功率（KW）        0        160        320        480        496        640
节省电费（万元）        0        89.6        179.2        268.8        277.76        358.4

考虑该压缩机的实际运行工况，按降低31%的轴功率计算，年节省电费合人民币约277.76万元左右，使用设备短期就可收回投资成本。我们仍将可调余隙容积按60%进行设计，各级油缸执行机构容积也按此进行设计计算。以上为理论计算结果，该机装备余隙调节系统后，考虑现场压缩机生产量、压力波动、气阀漏损和电机功率损耗等多种因素影响，我们按69%轴功率作为预算目标，其年最少节约电费在277.76万元以上没有问题。如考虑压缩机设计较为保守及非线性大压缩比工况运行，我们的余隙调节范围在60-100%，我们根据现投用的各厂各种多级压缩机的余隙调节使用情况，我们依据贵公司压缩机型号按三级三余隙油缸进行设计，为你们选用最佳设计配置。

7  市场使用情况
ASSV1.0控制系统自2008年推广以来，已经在中石化、中石油、中海油和地方炼油企业等多家石化行业的压缩机上装备我们的余隙调节系统，主要用户为中石化荆门分公司、中石化湛江东兴石化、中石油锦西分公司、中石化天津分公司、中石化中原油田分公司、齐鲁石化、山东汇丰石化、山东昌邑石化、山东京博化工等厂家多个装置使用，节能效果非常显著，作为用电大户企业，如能选用我公司ASSV1.0控制系统高效节能产品，在某种程度上不仅**地为企业自身减少不必要的电费开支，也为国家节能减排做出了应有的贡献。
最后，欢迎山东海化工有限公司领导及专家到我公司考察指导工作，并选用我公司ASSV1.0气量无级调节控制系统！

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