炼厂压缩机控制应用及发展

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一、前言
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　　中国经济迅猛发展，对能源的依赖程度越来越大，国内炼油工业规模也越来越大。广西石化公司是中国石油在北部湾新建的一座现代化炼厂，规模为 1000万t/a，2010年9月，千万吨炼油及其配套工程全面建成投产。
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* Q4 W* c  n3 f" S　　1000万t/a炼油项目技术定位为大规模、短流程、燃料型炼油厂，建设理念为“采用世界先进技术，引入国际领先设计，借鉴现代工程模式，建设世界一流炼厂”，主要包括1000万t/a常减压蒸馏、350万t/a重油催化裂化、220万t/a蜡油加氢裂化、220万t/a连续重整等10余套主体生产装置。

$ \- l0 S; w) ^. h　　二、炼厂关键机组

　　炼厂规模大，涉及专业多，设备种类多，下表是炼厂一些关键压缩机组。
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从上面的列表可以看出，炼厂关键机组主要有离心式压缩机、轴流式压缩机、往复式压缩机、螺杆压缩机和回转式压缩机，在上表中，烟气轮机和膨胀机是做为原动机使用，其他均为工作机。这些设备均是广西石化公司特护机组，由于生产是单系列，每台机组的运行都非常关键，有的机组有备用的，而有些机组没有备机，如果出现故障，可能会导致全厂停工或局部停工，关键性不言而喻，另外这些机组也是技术含量较高的设备，设备的设计、制造、安装和使用都有其特殊严格要求。比如催化裂化富气压缩机只有一台，它的作用是将分馏塔富气进行压缩，然后高压气体进入吸收稳定工艺流程，如果富气压缩机故障停机，那么就会造成后续装置的停工。作为加氢装置的新氢机和循环氢压缩机，都是非常关键的机组，是工艺稳定运行的基础，对于故障率相对较高的往复式压缩机，一般都有备用机组。

　　三、设备使用情况
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　　广西石化公司投产一年多来，设备总体运行良好，没有出现过大的设备故障，大型机组本身关键部件也没有出现过大的故障，但是也出现过一些机组联锁或其他部件损坏造成机组停车的事件，比如催化裂化装置富气压缩机组，由于驱动汽轮机汽封片断裂，造成机组振动大停机，经过一周时间的抢修，完成了检修并投用，虽然是部件中非常小的一部分，但是影响到整个机组的正常运行。另外往复式压缩机来说，其部件气阀由于工作强度大，损坏率较高，是往复式压缩机中的易损部件，只能定期进行检查，根据使用情况及时维修更换。另外造成设备停机的原因就是仪表和电气故障，由于仪表的误报和电气元件故障而造成压缩机停机已经成为其主要停机原因，这个比例应该占到了70%以上，还有一部分原因是工艺大幅波动，造成机组联锁，所以要实现安、稳、长、满、优运行，必须依赖各个环节。
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9 H6 g6 u) K# [; U2 ^' [　　四、压缩机发展变化
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# \0 Y( G; \) G. b: `! k　　装置处理量大型化之后，设备也走向大流量，高扬程，往复式压缩机和离心式压缩机技术也都取得了长足发展。 往复式压缩机与其他类型的压缩机相比，具有以下特点：
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$ M# c5 N2 n3 D3 H' M8 b$ ?: {　　1）压力范围广，从低压到高压都适用；

3 B8 T' d% e- @" r8 C7 l　　2）热效率较高；
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3 I( W& J, Q8 E- \3 q+ `$ Q　　3）适应性强，排气量可在较大的范围内调节；
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$ \/ ?3 C# {; n; C( p+ M　　4）可维修性强；

　　5）对制造压缩机的金属材料要求不苛刻。
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' _3 z0 z' W# ?+ M' Q" j　　当然离心机优点也较多，比如操作简单，易损件少，维护工作量小。缺点是造价高，要求维修人员有较高的维修及安装技术。往复机维修简单，造价低。缺点是维护检修次数多，维修成本增加；操作强度增加。这种压缩机的缺点有外形尺寸及重量都较大，结构复杂，易损部件较多，气流有脉动，运转中有振动等。使用于中、低流量和压力较高的情况下。 以前重整、加氢等装置规模较小的时候，压缩机大多用往复式压缩机，而现在大型化之后，大部分往复式压缩机被离心式压缩机所取代，离心式压缩机压比也越来越大，在适当的工况，使用离心式压缩机后运行的稳定性大大提高。但是在目前工艺情况下，往复机有它不可取代的地位，比如现在炼油加氢工艺迅速发展，高压加氢是炼油加工重油的的重要途径，也是越来越能产生效益的工艺，那么高压加氢装置所用的新氢压缩机就需要很高的压比，比如蜡油加氢裂化装置新氢压缩机120-K101A/B/C，为GE新比隆公司生产的往复式压缩机，如下图所示，型号4HF／3，入口压力2.172MPa，出口压力达17.735MPa，流量为55300m?/h。往复式压缩机发展也较为迅速，故障率也越来越低，活塞力越来越高，气阀质量也得到了长足的进步，另外往复式压缩机控制系统也趋于完善，有利于往复式压缩机的发展和使用。
0 g7 U) O4 ]- a' {7 R/ Z/ M五、机电一体化发展趋势
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5 W& Q3 f6 Q" b+ @　　近十年来，大专院校或研究机构对于机械转动设备的专业进行了整合，机械、仪表、电气和自动化各个专业有了一定的相互学习和了解，这是转动设备发展的趋势，这个趋势就是机电一体化，对于转动机械设备要做到自动控制，必须依赖四个方面的因素：
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　　1）转动设备本身的流体力学性能要有保障；

% P+ v6 v( s' O+ h　　2）自控仪表的智能化要能满足监测、计算、反馈、优化和控制等一系列的要求；

　　3）辅助设施的品质，比如执行机构、阀门等硬件的性能；

6 N) c9 C$ x& E　　4）良好的工艺设计，状态模拟，让实际工况最大可能的接近设计工况。

　　要实现高度的智能化，这几个专业是在不断的磨合，相互促进，共同提高，逐渐趋于完善。另一方面，离心式转动设备状态监测系统发展迅速，专家系统越来越完善，比如深圳创维室的S8000系统，已经在实际运用中起到了很好的指导作用，用图谱和数据进行分析论断，用微观的的来解释宏观的现象，比如主风机组振动突然增加，经过S8000图谱发现是0.48~0.5倍频振幅较大，这样认定是由于油膜涡动造成振动加剧，通过调整润滑油压力、温度等手段，改变轴承油膜厚度，从而降低了振动值。在2011年年中，广西石化公司富气压缩机驱动汽轮机振动突然加剧，经过分析轴心轨迹、相变等图谱，分析出是由于动静摩擦导致振动升高，必须停机处理，经过解体检查，发现是汽轮机汽封片脱落和轴摩擦，第一时间找准了问题根源，做好备件材料准备，解体后直接检查动静可能摩擦的部位，快速的完成了检修。可以说，状态监测可以较好的为设备管理做出指导，哪些需要停机处理，而哪些不需要停机处理，故障点在哪里，都有一个较为准确的判断后，可以科学、经济、快速的完成设备维护。

! m9 P0 v8 {& A9 J　　近年来，有些大专院校对往复机的状态监测也进行了一系列研究，逐步也取得了一些成绩，可以根据状态监测，对有些故障做出预知判断，比如可以判断出气阀是否泄漏、气阀弹簧力是否合适，十字头联接是否松动，活塞环是否漏气，以及气缸缸体是否有缺陷等故障。大家知道，往复机故障率较高，靠人工检查发现故障劳动强度大，而且需要有一定的专业水平，有些故障不易预知发现，所以往复机状态监测的发展具有很大的空间。

4 L, C" l: h% ~) o# S　　六、结语

5 R8 G( ~4 w* K$ q( J7 \　　能源日益紧张，节能减排成为全民行动，上升到了国家、国际的高度，这就对生产环节提出了更高的要求，生产工艺的精细发展为设备提出更高的要求，设备技术和质量的提高，就需要机加工制造业、材料专业等方方面面的发展，这些行业相互促进，共同发展，高效节能的设备将成为主流产品，高耗能的设备将逐渐淘汰。比如离心高速风机流量调节，有入口调节和出口调节，单独的入口调节和出口调节能耗都较高，那么有些国际知名产品，对于风机的流量调节，集中了可调出口导叶控制和进口导叶控制两者的优点，进行联合进出口导叶控制，与两个独立的控制系统相比，联合导叶控制能再更加宽广的流量和环境温度范围内保持高设计效率，这是一种非常好的技术改进，在低负荷下节能效果非常明显，值得总结和推广。