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PLC在往復(fù)壓縮機(jī)節(jié)能控制中的應(yīng)用

  引言
 
  【壓縮機(jī)網(wǎng)】往復(fù)壓縮機(jī)具有排氣壓力高且運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn),在石油化工企業(yè)應(yīng)用十分廣泛。往復(fù)式壓縮機(jī)一般是按規(guī)定的工藝條件和額定的流量進(jìn)行設(shè)計(jì)的,在選型時(shí)主要考慮滿足峰值流量,這使得壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)流量經(jīng)常處于富余狀態(tài),有效負(fù)荷率常常只有60%~85%。壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中,主要靠調(diào)節(jié)旁路來實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的控制。大功率的壓縮機(jī)通常用旁通回流調(diào)節(jié)的方式,雖然能滿足下游工藝生產(chǎn)的需要,但造成了能源的巨大浪費(fèi)。隨著石油化工工藝的不斷變化和能源的日益緊張,提倡節(jié)能與環(huán)保的發(fā)展趨勢(shì)下,要求壓縮機(jī)能夠在更大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)排氣的連續(xù)調(diào)節(jié)。往復(fù)式壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)(可變余隙調(diào)節(jié))能根據(jù)主控變量的變化而對(duì)壓縮機(jī)的排氣量和級(jí)間壓力進(jìn)行控制,使壓縮機(jī)始終運(yùn)行在最佳狀態(tài),有效降低能耗。
 
  一、氣量無級(jí)調(diào)節(jié)介紹
 
  目前,往復(fù)機(jī)節(jié)能主要有氣量無級(jí)調(diào)節(jié)和氣缸余隙調(diào)節(jié)兩種。氣量無級(jí)調(diào)節(jié)代表作是賀爾碧格公司開發(fā)的HydroCOM系統(tǒng)。它是通過控制壓縮機(jī)進(jìn)氣,生產(chǎn)需要多少氣體,壓縮機(jī)進(jìn)氣中進(jìn)入多少氣體,多余的氣體不進(jìn)入氣缸,減少壓縮機(jī)做功,最大限度地節(jié)約能源,通過智能化的液壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),快速、精確地控制壓力和流量,實(shí)現(xiàn)氣量理論上0~100%的連續(xù)調(diào)節(jié)。
 
  HydroCOM的液壓控制系統(tǒng)采用時(shí)間控制方案,通過記錄曲軸的相位角來確定進(jìn)氣閥的關(guān)閉時(shí)刻,實(shí)現(xiàn)氣量控制。它的中心部件是一個(gè)安裝在吸氣閥上的高精度、高靈敏度的電磁閥,在壓縮機(jī)吸氣終了時(shí),電磁閥使吸氣閥仍保持開啟狀態(tài),活塞反向運(yùn)動(dòng)時(shí),通過控制不同的曲軸相位角來控制吸氣閥關(guān)閉的時(shí)間,實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)排氣量0~100%全行程范圍的無級(jí)調(diào)節(jié)。先進(jìn)控制理論和機(jī)電技術(shù)的結(jié)合,使HydroCOM系統(tǒng)在最大限度節(jié)省能源的同時(shí),還擁有極高的控制動(dòng)態(tài)特性,通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作,壓縮機(jī)的負(fù)載可以在三個(gè)曲軸回轉(zhuǎn)中從0加載到100%。
 
PLC在往復(fù)壓縮機(jī)節(jié)能控制中的應(yīng)用
 
 
  而且由于一級(jí)缸活塞負(fù)荷降低40%,活塞使用壽命得到提高。因此,往復(fù)式壓縮機(jī)的安全性能也得到了改善。
 
  利用氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在不改變壓縮機(jī)原主體結(jié)構(gòu),不改變壓縮機(jī)原控制系統(tǒng)的情況下采用無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng),僅對(duì)壓縮機(jī)缸蓋進(jìn)行改造;通過電液控制機(jī)構(gòu)智能調(diào)節(jié),能根據(jù)用戶對(duì)氣量的需求,按照給定的控制參數(shù),自動(dòng)快捷地調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的實(shí)際負(fù)荷,在60%~100%范圍無級(jí)可調(diào),使壓縮機(jī)僅僅對(duì)實(shí)際需要的氣量進(jìn)行壓縮,在節(jié)約能源的同時(shí),還可以輕松實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的平穩(wěn)啟動(dòng)、切換和停機(jī),短時(shí)間內(nèi)在不需停壓縮機(jī)的情況下就可對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行檢修維護(hù)。
 
  二、余隙調(diào)節(jié)介紹
 
  壓縮機(jī)余隙無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是在不改變壓縮機(jī)原主體結(jié)構(gòu)和原控制系統(tǒng)的情況下,僅對(duì)壓縮機(jī)余隙缸蓋進(jìn)行改造,通過PLC控制的電液控制系統(tǒng)進(jìn)行智能調(diào)節(jié)。它能根據(jù)給定的控制參數(shù)自動(dòng)控制流量在60%~100%的無級(jí)調(diào)節(jié)和壓縮比的調(diào)節(jié)。其特點(diǎn)是壓縮機(jī)余隙可在60%~100%連續(xù)調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)穩(wěn)定可靠,調(diào)節(jié)精度高,調(diào)節(jié)過程對(duì)生產(chǎn)造成的擾動(dòng)較小。和賀爾碧格無極調(diào)節(jié)相比,余隙調(diào)節(jié)性價(jià)比優(yōu)勢(shì)非常明顯。近年在國(guó)內(nèi)得到了大量的應(yīng)用,取得兩很好的效果。
 
  中石化濟(jì)南煉化逆流連續(xù)重整裝置設(shè)三臺(tái)重整氫增壓機(jī)K202A/B/C,其中K202A設(shè)有無級(jí)調(diào)量系統(tǒng),在加工負(fù)荷低于63t/h時(shí)(90%)可實(shí)現(xiàn)單機(jī)K202A無級(jí)調(diào)量運(yùn)行;在負(fù)荷高于63t/h時(shí),一臺(tái)壓縮機(jī)無法滿足生產(chǎn)需要,增壓機(jī)運(yùn)行方式為運(yùn)二備一(K202A無級(jí)調(diào)量+K202C滿負(fù)荷)。雙機(jī)運(yùn)行時(shí),K202C滿負(fù)荷,K202A機(jī)無級(jí)調(diào)量受最低負(fù)荷30%的限制,仍然存在很大的回流損失,造成大量的能量損失。2016年8月份K202C增加山東易陽(yáng)石化節(jié)能裝備的余隙調(diào)節(jié)后,每小時(shí)省電950kW,每年節(jié)省經(jīng)濟(jì)效益幾百萬(wàn)之巨。
 
  2.1余隙調(diào)節(jié)原理介紹
 
  在圖2中,1—2—3—4表示存在余隙容積Vc時(shí)全排氣量的循環(huán)圖。由于有余隙容積Vc的存在,使工作活塞在右行之初,因留存在余隙容積Vc內(nèi)的氣體壓力大于進(jìn)氣管道的壓力而不能吸入氣體,直到活塞右行到位置4時(shí),氣缸內(nèi)氣體體積由Vc膨脹到V4、壓力由P2下降到P1時(shí)才開始進(jìn)氣。進(jìn)氣量相應(yīng)的線段長(zhǎng)度為4—1,壓縮過程為1—2,排氣過程為2—3,膨脹過程為3—4。1—2—3—4—1包圍的面積即為一個(gè)往復(fù)行程需要的功。
 
PLC在往復(fù)壓縮機(jī)節(jié)能控制中的應(yīng)用
 
  如圖3所示,當(dāng)需要減少排氣量時(shí),可以增加余隙容積到Vc′,此時(shí)功率循環(huán)圖為1—2′—3—4′。進(jìn)氣量由全進(jìn)氣量相應(yīng)的線段長(zhǎng)度4—1減少到線段長(zhǎng)度4′—1,壓縮過程按1—2′進(jìn)行,壓縮過程活塞力的增加速率小于余隙容積為Vc時(shí)的速率,排氣量由相應(yīng)的全排氣量線段2—3減少到線段2′—3。由于沒有額外的阻力,在3—4′膨脹循環(huán)過程中,氣體對(duì)壓縮機(jī)活塞作功,減輕了曲軸連桿的負(fù)載。當(dāng)需要外側(cè)氣缸零排氣量時(shí),可以增加余隙容積到Vc′,此時(shí),余隙容積Vc′中留存的高壓氣體膨脹到吸氣行程Vs終止,膨脹線和壓縮線合二為一,如圖中過程線1—3—3—4′所示,循環(huán)功為零。
PLC在往復(fù)壓縮機(jī)節(jié)能控制中的應(yīng)用
 
  對(duì)雙作用氣缸來說,采用比較普通的電液控制設(shè)施就可實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)排氣量50%~100%范圍無級(jí)調(diào)節(jié)。
 
 
  三、余隙調(diào)節(jié)自動(dòng)控制
 
  往復(fù)機(jī)余隙調(diào)節(jié)采用西門子S7-300PLC實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)余隙遠(yuǎn)程控制和控制油站的聯(lián)鎖邏輯。
 
  可編程序控制器(Programmable Logic Contoroller)簡(jiǎn)稱PLC,是以微處理器為核心,用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī),由于PLC廣泛采用微機(jī)技術(shù),使得PLC不僅具有邏輯控制功能,而且還具有了運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳送等功能??刂葡到y(tǒng)采用的西門子312CPU具有很快的I/O處理速度,強(qiáng)大的I/O擴(kuò)展能力,并且便于安裝。PLC自動(dòng)循環(huán)掃描各個(gè)輸入輸出點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài),并根據(jù)程序所確定的邏輯關(guān)系刷新輸出點(diǎn)的狀態(tài),通過位移傳感器和電磁閥來控制相應(yīng)的電機(jī)的啟停和油缸的動(dòng)作,從而完成工藝流程的自動(dòng)控制;操作界面上配有觸摸屏,觸摸屏內(nèi)置通用端口,可通過串行通訊電纜直接與計(jì)算機(jī)及其它含有RS485通訊/編程口的設(shè)備實(shí)現(xiàn)互連。PLC提供了豐富的指令系統(tǒng),給設(shè)計(jì)和維護(hù)帶來很大方便。
 
  壓縮機(jī)的控制分為余隙調(diào)節(jié)控制、油電機(jī)啟停控制和油液位、溫度等聯(lián)鎖保護(hù)。人機(jī)界面采用昆侖通泰觸摸屏,為了達(dá)到防爆要求,人機(jī)界面和PLC安裝在防爆控制箱中,手動(dòng)操作和報(bào)警確認(rèn)等功能都通過防爆控制箱上的按鈕來實(shí)現(xiàn)。負(fù)荷的控制有手動(dòng)控制和自控兩種模式,手動(dòng)控制時(shí),可以通過手動(dòng)按鈕人為給定。自動(dòng)控制模式時(shí)通過遠(yuǎn)程DCS給定控制信號(hào),PLC依據(jù)遠(yuǎn)程給定的設(shè)定值和測(cè)量值的偏差來調(diào)節(jié)。整套設(shè)計(jì)和安裝都是按照IEC61508的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來執(zhí)行,關(guān)鍵控制信號(hào)都不采用通訊或者軟件選擇的方式而是硬接線方式,提高聯(lián)鎖邏輯的可靠性。

 
PLC在往復(fù)壓縮機(jī)節(jié)能控制中的應(yīng)用
  四、結(jié)束語(yǔ)
 
  傳統(tǒng)的往復(fù)機(jī)靠旁路回流控制浪費(fèi)了大量的電能,壓縮機(jī)氣缸余隙調(diào)節(jié)能在滿足生產(chǎn)的前提下,大大節(jié)約電能,近年來得到了廣泛的應(yīng)用,節(jié)能效果非常顯著,具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

標(biāo)簽: 壓縮機(jī)節(jié)能控制  

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