关于无级余隙调节技术机械往复式天然气压缩机的应用

摘 要：母站（标准站）用机械往复式压缩机进气压力往往位于城镇燃气管网的中压-次高压之间，采用多级（4-5）压缩，其能耗较高，若进气压力变化或者级间压缩比设计不合理，则易造成级间排温过高。针对上述问题，本文采用理论分析和实际工程应用结合，分析无级余隙调节技术在改善压缩机级间排温，降低能耗方面的可行性，为母站（标准站）机械往复式压缩机的工况改善、节能降耗提供新的途径和方法。

关键词：机械往复式压缩机 余隙调节 工况改善 节能降耗 压缩比

1、机械往复式压缩机工况调节应用现状

目前国内外常用的往复式压缩机工况调节方式有：电机转速调节、旁路回流调节、顶开进气阀调节、连通补助余隙调节。其中可实现气量全程无级调节的只有顶开气阀气量调节法和余隙调节法。由于顶开吸气阀的时间有精确要求，执行机构是高速运动部件，所以对控制和执行机构要求高、投资很高。余隙调节方式中还有采取机械式调节余隙，但因其丝杠加工难度、余隙调节量为定值以及操作难以控制等因素无法实现随工况无级调节，而采取液压控制技术与余隙调节技术配合的新无级调节新技术，可不改变压缩机原主体结构，仅改造压缩机缸盖，而不改变机组原控制系统，通过电液控制方式来控制可变余隙容积，从而达到调节压缩机运行工况的目的。

2、无级余隙调节系统简介

压缩机余隙工况调节系统由余隙执行机构和液压站组成，其结构示意图、执行机构示意图以及液压站控制系统示意图分别如下图1所示。

可调余隙执行机构是由余隙缸、余隙活塞和液压缸等组成，如图2所示，其动力源和控制部分由一个小型液压站提供。

3、无级余隙调节技术在天然气母站（标准站）工程应用

（1）、增加无级余隙调节装置对安全性影响

根据调研荆门石化、高桥石化等单位的余隙调节装置，其大多應用在加氢压缩机组中，氢气的爆炸极限为4%-75%，而天然气的爆炸极限为5%-15%，且氢气、天然气的密度均比空气轻，在泄漏时往上扩散，由此可知氢气的危险程度远高于天然气，而无级余隙调节装置已经在荆门石化安全运行5年，尚未因其引起任何安全事故，因此可侧面证明其安全性有保障。

（2）、余隙调节对轴功率影响

压缩机余隙容积增大时，压缩行程中（缸盖端）活塞力升高速率降低，同时余隙内残留的高压气体会在膨胀行程（缸盖端）中推动活塞向下止点运动，这两种结果都会减少曲轴连杆的受力，降低曲轴轴功率。

压缩机的轴功率可按下式计算：

（3）、余隙调节对压缩机排气温度的影响

压缩机的排气温度与压缩比的关系：

（4）、应用基础条件

应用基础条件为一台美国Ariel制造的6缸4级压缩机，其主要参数如下表1 ：其型号为JGA/6，进气压力设计值为0.8-1.2MPa，排气压力为20MPa，设计排量为3685Nm3/h，轴功率为450KW。实际情况下，进气压力为0.792，排量为2100Nm/h3，运行电流为610A。由于进气压力较低，一级压缩比达到3.437，二排温度达到162-173℃（高于压缩机设计标准值150℃）。

（5）、应用效果

针对该压缩机一级、二级压缩比大，二级排温超温现象，通过给一级气缸，二级气缸卸下缸盖，装上余隙调节执行油缸，调节一级气缸、二级气缸的余隙容积，从而改变其压缩比（1、2级气缸压缩比调整值为2.34）。另外，通过调压撬调节，将压缩机入口压力提升至1.2Mpa。

按照上述方法进行安装余隙调节系统后：二排温度稳定在139℃左右，运行电流值由之前610A下降至520A，排量由之前2100 Nm3/h提高至2600 Nm3/h。

根据上述结果，二排温度显著降低，降低幅度约在31℃，电机瞬时电流平均降低90A，压缩机排量从原来的2100Nm3/h提升到现在的2600Nm3/h

根据采集数据进行计算分析，改造后的2#压缩机每小时较之改造之前节省功率为120KW（P=1.732UI，其中U取380V，电流为瞬时电流值），比之前节能25%以上，根据目前国内电价水平，每小时可节约80-110元。

4、结论

1、该无级余隙调节技术针对多级机械往复式压缩机级间排温改善明显，节能降耗效果显著。

2、该无级余隙调节技术虽增加余隙容积，降低压缩机效率，但进气压力提高，单位时间内入口吸入的标方流量增加，因此，排量有所提升，降低单方气的加工成本。

3、安装调试简单易行，投资成本低。不影响其它设备正常工作，保证加气站边改造边运营。同时，由于整个机构没有高速运动部件，且控制为独立控制，因此故障率低，系统稳定可靠。

4、改善压缩机级间排温可减少因高温引起易损件、备件频繁更换问题，可节约部分维修保养成本。

作者简介：

叶双（1988-），男，籍贯：湖北武汉，当前职务：技术管理，当前职称：助理工程师，学历：本科。