往复式压缩机无极调量系统的应用
【摘 要】本文介绍了往复式压缩机的气量调节方法，引出HydroCOM系统的工作原理，简述新氢机增加HydroCOM系统的控制方案。
【关键词】气量调节；HydroCOM系统；往复式压缩机
0 前言
往复式压缩机是容积式流体机械、炼油化工装置加工工艺所需往复式压缩机的气量一般根据装置最大所需气量或近期装置可能扩容所需的流量来选择压缩机。由于装置负荷变化、入口条件改变等因素，用气量都常会发生变化，因此为了满足炼油化工生产需要压缩机排气量就要在一定的范围内加以调节。
1 排气量调节方法
1.1 旁路调节
旁路调节是将压缩机的排气管与进气管用一旁路管加以连接，使压缩机排出的气体经旁通管全部或部分流回进气管，以达到调节排气量的目的。此法装置简单、操作方便，但节流损失较大，一般适用于短期的、不经常调节或调节幅度不大的场合，常用在大型压缩机启动时。
补充余隙腔调节的方法是人为的增加余隙容积来达到调节排气量的方法。压缩机气缸除了缸内固有的余隙容积外，在缸外另加以空腔，当需要调节气量时，使此空腔与气缸端部即余隙部分接通。补充余隙容积分为固定容积式和可变容积式两种。可变容积式是在补充余隙腔内加有活塞的圆筒，利用活塞的位移来调节空腔的容积。
1.3 顶开进气阀调节
此调节方法是通过增加气缸的外漏量来调节压缩机的排气量，强制顶开进气阀使气体部分或全部被压回进气管。这种方法有全顶开进气阀和部分行程顶开进气阀两种调节。
1.3.1 全顶开进气阀
全顶开进气阀属于间歇调节，只双作用气缸只顶开气缸一侧的进气阀时可使排气量减少50%，如果两侧同时顶开，则排气量为零。此法是目前最广泛用在往复式压缩机的调节中。
此法利用电磁、液压或气动控制装置或弹簧的作用使进气阀在部分压缩行程中处于顶开状态，气流被压回进气管，在其余行程中气阀被关闭，缸中气体压缩有气量排出。通过对进气阀关闭时间的控制，达到连续控制的目的。贺尔碧格公司的HydroCOM系统专门为往复式压缩机开发的液压式气量无级调节系统。它的主要工作原理是计算机即时处理压缩机运行过程中的状态数据，并将信号反馈至执行机构内电子模块，通过液压执行器来实时控制进气阀的开启与关闭时间，实现压缩机排气量0-100%全行程范围无级调节。
2 HydroCOM系统介绍
2.1 工作原理
如图1所示，随着活塞在压缩机气缸中的往复运动，每个气缸侧的一个正常工作循环包括：a）余隙容积中残留高压气体的膨胀过程，如图示A-B曲线，此时压缩机的进气阀和排气阀均处于正常的关闭状态；b）进气过程，如B-C曲线，此时进气阀在气缸内外压差的作用下开启，进气管线中的气体通过进气阀进入气缸，至C点完成相当于气缸100%容积流量的进气量，进气阀关闭；c）C-D为压缩曲线，气缸内的气体在活塞的作用下压缩达到排气压力；d）D-A为排气过程，排气阀打开，被压缩的气体经过排气阀进入下一级过程。如果在进气过程到达C后，进气阀在执行机构作用下仍被强制地保持开启状态，那么压缩过程并不能沿原压缩曲线由位置C到位置D，而是先由位置C到达位置Cr，此时原吸入气缸中的部分气体通过被顶开的进气阀回流到进气管而不被压缩；待活塞运动到特定的位置Cr（对应所要求的气量）时，执行机构使顶开进气阀片的强制外力消失，进气阀片回落到阀座上而关闭，气缸内剩余的气体开始被压缩，压缩过程开始沿着位置Cr到达位置Dr。气体达到额定排气压力后从排气阀排出，容积流量减少。这种调节方法的优点是压缩机的指示功消耗与实际容积流量成正比，是一种简单高效的压缩机流量调节方式。
2.2 系统配置
HydroCOM系统高度集成，能够完全嵌入到工厂用的DCS系统中。它包括以下几个部分：
1）中央接口单元CIU：提供HydroCOM系统内部和用户DCS控制系统的信号交换处理功能，是连接HydroCOM和用户DCS系统的桥梁。
2）液压执行机构HA：是一组通过卸荷器对气阀产生作用的部件总和，它由阀室、密封室和电气室三部分组成. 由液压油站HU提供实现该动作功能所需的液压动力，CIU进行实时控制，EPS提供48V直流电压。压缩机的每个进气阀均需安装一个液压执行器。
3）液压油站HU：提供高压液压油向执行机构HA提供机械动力。
4）上死点传感器TDC：传递活塞在气缸中的即时位置。
5）DCS系统中组态的控制程序：PID调节器根据压缩机的压力信号计算输出4～20mA的标准电流控制信号，CIU接收此电流信号转换为执行器的控制信号。
2.3 实际案例（某加氢装置新氢压缩机K101A）
增加HydroCOM系统后的控制方案如图2所示：
配套HydroCOM系统后设定HydroCOM最低负荷为20%，负荷大于20%时，由HydroCOM控制负荷，负荷小于20%时，HydroCOM控制负荷在20%，同时打开旁通阀控制负荷，如图3所示：
在DCS中增加一个计算块，使得HydroCOM系统由手动切到自动时，分程点逐渐靠近80%，当从自动切到手动时，分程点逐渐靠近0%。同时由分程点计算出HydroCOM的负荷输出以及旁通阀的输出信号。而负荷输出经线性化处理由DCS发出4～20mA控制信号给CIU转换成电子指令信号控制执行机构。
3 结束语
HydroCOM系统在往复机上的应用，运行稳定，操作方便，且节能效果显著。
【参考文献】
[1]高慎琴.化工机器[M].化学工业出版社.
[2]吴荣仁，管宇辉.全量程可调气阀的调节机构和最优调节力的分析[J].流体机械，2005（06）.