一氧化碳壓縮機改造成氫氣壓縮機實例分析
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摘 要：文章介紹了某公司一氧化碳壓縮機改造成氫氣壓縮機的方案，包括改氣缸直徑的方案和增設自動無級余隙調節系統的方案，對于此項目增設低排量自動無級余隙調節系統的方案投入更低、生產周期更短、運行成本更低，為往復式壓縮機改造提供了一種新的選擇。
關鍵詞：壓縮機；改造；余隙調節
中圖分類號：TH45 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）11-0082-02
由于科學技術的發展，科學技術展現出社會化的特點，企業與企業之間在信息、資訊、技術上的差別越來越小，因此，企業生存就取決于發展方向以及發展速度。現在是高效率的時代，沒有高效率，企業就可能錯過大好良機。某A公司工藝升級、產業轉型，需要新增活塞往復式氫氣壓縮機，需求氣量約為1400Nm3/h，未來需求氣量隨工藝特點可能在1000～1800Nm3/h之間變化，并且希望在4個月內開工生產，氫氣壓縮機設計參數見表1。
同時，A公司乙苯裝置一氧化碳壓縮機處于閑置狀態，如果利用一氧化碳壓縮機原有廠房，重新設計安裝新壓縮機，費用很高，預計生產、安裝及調試周期需要8個月時間。如果能對一氧化碳壓縮機進行簡單的改造，并且能夠完全適應氫氣壓縮機工況，則可以為A公司節省大筆的設備費用和大量的時間，帶來巨大的經濟效益。一氧化碳壓縮機設計參數見表2。
1 改造方案
根據表1和表2的數據計算分析，一氧化碳壓縮機是具備改造成氫氣壓縮機可能性的。其中可利舊使用的零部件為：基礎件，包括機身、曲軸、連桿、十字頭、飛輪部件等；稀油站；大部分電氣、儀表及自控系統，其中工藝氣就地壓力表需少量改造；油、水管線部分；主機基礎尺寸保持不變，局部位置少量調整。
關于改造部分，首先由于排氣壓力的不同，氫氣壓縮機僅需3級壓縮即可達到所需壓力，所以一氧化碳壓縮機需要拆除四、五級氣缸，同時更換新的配重用十字頭部件和中體部件，用于平衡曲軸受力；又由于壓縮機功率減小，需要更換適應現有功率的電動機，提高電機使用時的效率，降低運行成本；還需要拆除四、五級緩沖器、分離器、冷卻器，將三級出口管線短接到總出口管線。
1.1 改氣缸直徑方案
由于排氣量的不同，所以一氧化碳壓縮機需要更換一、二、三級氣缸部件，縮小氣缸缸徑，以適應變小的氣量；由于缸徑縮小，就需要更換活塞體部件、氣閥部件；由于氣缸對接口尺寸和位置的變化，需要同時更換進氣緩沖器和排氣緩沖器。氣缸及緩沖器基礎尺寸需按原一氧化碳壓縮機組設計，氣缸支承、緩沖器支架和地腳按照原基礎尺寸設計。
1.2 增設自動無級余隙調節系統方案
根據氫氣壓縮機工藝參數核算，該機組可以保證在基礎件及氣缸不變的情況下進行增設自動無級余隙調節系統（簡稱余隙調節系統）的改造。經過計算，原機組滿負荷100%氣量時，可壓縮2400Nm3/h氫氣。在氣缸蓋側安裝普通余隙調節系統，可實現氣量調節范圍為60%～100%，即流量范圍為1440～2400Nm3/h，并不能完全滿足A公司流量范圍為1000～1800Nm3/h的要求。A公司要求的實際負荷范圍為41.6%～75%，利用專利《一種往復式壓縮機低排量余隙調節系統》（專利號：201821270586.3）技術可以滿足這一要求，即在壓縮機氣缸軸側增加固定余隙降低整機25%的負荷，配合普通余隙調節系統，最大可實現氣量調節范圍35%～75%，本機按照40%～75%設計。通過對機組空間結構的分析，最終采用更換帶固定余隙的一、二、三級后半活塞的方案進行改造。
采用增設余隙調節系統方案（見圖1和圖2），則本機氣缸體、緩沖器、氣閥及活塞等大部分零部件可以利舊使用，僅需更換氣缸缸蓋、后半活塞體部件和增設余隙調節系統，其中每套余隙調節系統包括：3套執行機構、1套管線系統、1套電纜系統，由于A公司廠內原有的液壓系統可以用來驅動執行機構，且具備DCS控制系統，所以余隙調節系統不需要額外配套電液控制系統，所以這個方案的設備改造費用比“改氣缸直徑方案”還要更低。
（1）方案對比。由于活塞式壓縮機為定制的定量設備，主機本身不具備無級氣量調節功能，按改氣缸直徑方案改造后，氫氣壓縮機可通過打開三回一閥門的方式進行無級氣量調節，可實現氣量1000～1800Nm3/h之間調節?；芈氛{節的缺點是無法省功，回流量越大，電能浪費越多。若氫氣壓縮機設計為額定負荷1800Nm3/h，但是長期在1400Nm3/h負荷運行，如表3中方案一和方案二所示，按電價0.6元/度、年運行時間8000小時計算和“年電費=功率×電價×年運行時間”計算，方案一比方案二多使用17.5萬元/年的電費。方案二也存在當流量較大時，需要同時開兩臺壓縮機才能滿足氣量需求的問題。
對比表3中的方案一和方案三，因為氣缸缸徑相差不大，壓縮機軸功率幾乎相等，可以忽略不計，可以明顯看出方案三優于方案一。
對比表3中的方案二和方案三，壓縮機軸功率差值為3.1kW，是因為氣缸缸徑相差較大，壓縮機活塞的摩擦功相差較多，所以如果氣量始終處于1400Nm3/h工況時，改造缸徑方案更節能，采用余隙調節方案耗能會增加2%，但是在實際生產過程中，氣量恒定幾乎是不能的，所以采用方案三，對實際生產的意義更大，自動無級氣量調節的功能可以最大限度的節約電能，更符合A公司的要求，所以方案三也優于方案二。
（2）余隙調節系統其它特點。余隙調節系統方案，由于不需要更換氣缸部件和壓力容器，改造內容較少，現場安裝施工費用最低；生產周期也僅需3個月，考慮電機需要4個月的生產周期，總體可以控制在4-5個月完成全部安裝調試工作，基本滿足A公司要求；原有壓縮機備件、易損件可以利舊使用，不需要更換，這是它的優點；對比改缸徑方案，缸徑減小后，易損件價格會比余隙調節方案降低一些，余隙調節的密封圈屬于新增的易損件，這是它的缺點。
余隙調節系統由于是低速運動的系統，所以可以直接采用DCS作為主控系統進行控制，會根據確認的主控變量對壓縮機排量進行自動控制或通過PID調節回路手動給定壓縮機排量，余隙調節系統可自動跟蹤并穩定此值并自動調節級間壓力。
必要時可以對壓縮機及其管路系統進行聲學脈動振動計算，應嚴格按照API618中的第三種近似方法進行，并符合API618附錄M中M2至M8的步驟，對各氣缸、各緩沖器、級間冷卻器、級間分離器、工藝氣管線和包括從壓縮機入口上游第一個大容器始至壓縮機出口下游第一個大容器止在內的所有的主支管線和旁路管線。聲學脈動計算應包括滿負荷工況和各種部分負荷工況、各種氣體條件以及單機運行、雙機并聯工況。
同時要注意對要利舊的零部件進行檢查，并準備一些常用易損備件，為順利開工保駕護航。
2 結語
壓縮機改造項目可以為企業節約大量的設備成本和時間成本，但是也由于改造項目存在一定的風險，改造前應進行充分細致的技術交流和技術分析，選擇成熟方案，降低改造風險。自動無級余隙調節系統具有改造容易、性價比高、安全可靠的特點，為往復式壓縮機改造提供了一種新的選擇。
參考文獻
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[2] 賴通榮，游碧龍.煉油裝置往復式壓縮機余隙容積自動無級調節及節能改造[J].石油化工設備技術，2010，31（06）：41-43+25.
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