往复式压缩机气量调节
[摘 要]往复式压缩机具有效率高、压力及流量覆盖范围广泛、结构简单、占地面积小等优点，被广泛应用于石油化工、国防、以及冶金等行业。但是在石油化工领域，由于生产负荷以及生产需求的变化，大多数的往复压缩机组并不能处于满负荷的工作状态，此时就需要对气量进行调节，使其运行能够满足生产负荷要求。通过对在实际生产中的往复式压缩机的气量调节方式进行介绍及对比，分析其优缺点。
[关键词]往复式压缩机 气量调节 优缺点 分析
中图分类号：V845.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）20-0046-01
往复式压缩机具有效率高、流量大、压力范围广等优点，广泛应用于石油、化工、冶金、机械等领域[1]。在石油化工生产中往复式压缩机的地位是其他种类压缩机不能够替代的。但是对于一台往复式压缩机来说，其额定的排气量在结构设计初期就已经确定，然而在实际生产中，往复式压缩机并非总处于满负荷的工作状态[2]，现实生产中通过对压缩机的气量调节来满足生产需要的负荷。
目前在化工生产中往复式压缩机的气量调节主要包括以下几种：（1）转速调节；（2）旁路调节；（3）全程顶开吸气阀调节；（4）余隙调节；（5）无级气量调节（部分行程压开吸气阀）。[2]下面对几种气量调节方式进行介绍及比较。
1、转速调节
转速调节一般用于驱动机功率较小的电动机或者驱动机为内燃机或汽轮机的压缩机。对于电动机的调节方式采用变频器改变驱动机的转速，可对排气量在60%-100%的范围内进行无级调节。采用此种方式具有压缩机机械摩擦损失小、只改变单位时间内压缩机的工作循环次数并没有改变循环过程，在机组的背压没有发生改变的情况下压缩机的压缩比不会发生变化，并且压缩机机体并不需要额外安装其他装置等优点。但是由于受到驱动电机自身的限制，在对电机进行变频调节时对电网的冲击较大、机体容易产生振动造成连锁停车、运动部件磨损增加、有时候还会造成压缩机的供油量不足、不能够长时间在低负荷下工作[3]，调节范围有限。此方法多用于离心式压缩机，化工生产中往复式压缩机采用此种调节方式并不多见。
2、旁路调节
旁路调节是化工生产中被广泛应用的一种调节方式。主要是通过管路中的旁通阀将机组排出的多余的气量经管道回流到机组的入口，以满足生产的负荷要求。这种调节方式具有调节方式最简单、能够进行连续的气量调节、同时不改变压缩机各级的压缩比、能够保证机组平稳运行。该方式虽然被普遍应用，但是在能耗方面也存在着很大的缺点，旁路调节并没有改变压缩机原有的压缩过程，多余的返回气体仍然被压缩，并没有降低压缩机的功耗，使压缩机做了许多无用功，浪费了大量的能源。同时在生产操作中由于高压气体的返回容易造成入口分液罐超压。
3、全程顶开吸气阀调节
全程顶开吸气阀调节是通过外在的执行机构给吸气阀一个外力使吸气阀强制被压开并保持在压开的状态，使压缩机吸入的气体全部经吸气阀返回到入口，此种调节方式具有结构简单、操作方便、调节过程中气体只需要克服气阀开启和关闭的阻力所造成的低功耗。也是一种被广泛应用的调节方式。该方式的缺点是只能够对气量进行0%、（25%）、50%、（75%）、100%的阶梯调节[4]、调节范围有限仅限于粗调节并不能做到精确调节、同时长时间的顶开吸气阀容易造成吸气温度过高。此方式在化工生产中大多数用于备用压缩机的等气量的切换过程中。
4、余隙调节
往复式压缩机在设计时都要留有一定的余隙容积，该容积的主要目的是防止气体在压缩过程中产生液体造成撞缸事故以及起到一定的缓冲作用。余隙调节的方式是在气缸的缸头端加装一个外部的腔体，增大了压缩机的余隙容积，从而使压缩机的容积系数减小、使机组的排气量降低。通过对加装的外部腔体容积的改变能够对排气量实现不同范围的调节，调节的范围一般为60%-100%。日常生产中对余隙调节方式通常采用手动调节或者自动液压控制系统进行调节。该方式具有对执行机构要求低、调节時气体的阻力损失小等优点。但是余隙调节的速度比较缓慢，不能够及时对气量进行调节、同时由于现在压缩机多为采用双作用气缸，对气缸改造的难度大所以不适合于现有设备的改造、自动控制系统复杂。故目前国内化工生产中对压缩机的余隙调节应用较少，并没有得到实际的推广。
5、无级气量调节
无级气量调节也叫局部行程顶开吸气阀调节。该调节方式依靠的是额外的执行机构，目前国内多采用液压执行机构，在压缩机吸气的过程中打开吸气阀，在气体压缩的过程中适时的撤销所施加的强制外力造成吸气阀的延时关闭，使得一部分气体返回至压缩机的入口没有参与压缩过程。通过对吸气阀关闭的时间的控制使得机组实现在一定范围内的负荷的无级调节。该方法节能效果显著、理论上能够实现气量的0%-100%全量程的连续调节、调节时能够保证压缩机运行稳定，经过长时间的实际应用的验证无级调量系统可以实现20%-100%负荷气量调节范围。但该方法对执行机构的响应速度要求较高、对配套控制系统的准确性及执行机构的精密性要求严格、同时该系统对吸气阀的阀片寿命也会有一定的影响。
6、结语
节能减排是当下社会发展的的主题，也是转变工业发展方式、提高社会生产率的关键。对于现代化工工业中，大型机组的节能措施对于一个企业的效益有着非常重要的影响，所以对于往复式压缩机来说能够找到一个合理的气量调节方式对于企业实现节能降耗、降低生产成本、提高机组的运行效率具有非常重要的意义。通过对上面几种方式的介绍及对比，结合目前化工生产中的实际应用，对于大型往复式压缩机机组大部分采用旁路调节与无级气量调节方式相结合的一种复杂的控制方案，其中旁路调节主要作用在压缩机在0%-50%负荷时，无级气量调节主要作用在压缩机为50%以上负荷时。由于目前无级气量调节系统自动化控制技术已经成熟，仅需要较低的人工干预，自动化程度高。这种组合控制能够使压缩机达到最广的气量调节范围，同时也能够使节能效果最大化，因此在现实生产中被广泛应用。
参考文献
[1] 郁永章.活塞式压缩机[M].北京：机械工业出版社.1982.
[2] 金江明，洪伟荣，梁萌，等.往复压缩机气量调节方法的研究进展[J].压缩机技术，2007（4）：28-32.
[3] 王应来，张利平，尤磊.变频闭环调节控制系统在空压机中的应用[J].煤矿机械，2005（4）：118-119.
[4] 李金波.往复式压缩机的流量调节方式探讨[J].石油化工设备技术，2013，34（1）：45-46.
作者简介
郑喜龙，男，2013年毕业于北京化工大学，学士学位，目前从事一线生产工作，助理工程师职称。
