VOC螺杆压缩机组及其控制系统_杜炜.pdf

化学工程与装备 2023 年 第 7 期 198 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 7 月 VOC 螺杆压缩机组及其控制系统 VOC 螺杆压缩机组及其控制系统 杜 炜（中国石油天然气股份有限公司抚顺石化分公司洗涤剂化工厂，辽宁 抚顺 113000）摘 要：摘 要：对螺旋压气机的优越性进行了分析，并对其在石油化工生产中的应用做了较为详尽的阐述。关键词：关键词：螺杆压缩机；VOC；石油化工；工艺分析 引 言 引 言 目前，全世界的 VOC 废气处理工艺大多集中于光催化技术分解、吸收、焚烧等领域。我国环境保护法颁布后，人们对健康、环保、环保的需求越来越强烈，VOC 排放的治理已成为当务之急。1 螺杆压缩机简介 1 螺杆压缩机简介 螺旋压气机由于其多种优点而被广泛地应用于空气动力学领域，尤其是在气体净化技术和石油分离技术的推动下，螺杆式空气压缩机可以在各种风车上灵活地使用。目前，广泛用于各种对大气质量有很高要求的应用，如医药、食品等。螺旋工艺压缩机可以在不同的工艺过程中，高效地压缩气体，实现产品的生产。2 螺杆压缩机的优点 2 螺杆压缩机的优点 在螺旋压气机的使用中，具有很好的稳定性。在使用时，若螺杆压缩机发生了故障，则可进行故障检修。螺旋压气机在进行设计时，将活塞式和纯透平的优势相结合，能够在使用中解决操作上的问题，维护流程更加简单；透平的机械设备在实际使用中具有较低的振动和惯量。此外，在使用螺旋压气机时，由于其结构简单，而且螺杆压气机内部部件数量较少，因此在运行中一旦发生故障，可以轻松查找故障部位，以便及时检修。3 VOC 螺杆压缩机机组 PID 流程 3 VOC 螺杆压缩机机组 PID 流程 从上游装置中排出的 VOC 气体经由空气滤清器直接流入压缩机气缸腔，再进入压缩机后，在相应的气压调节与温度控制下流出气缸，最后再经由废气单向阀门进入用户的排气管。3.1 气液系统 VOC 废气压缩机的进气室可以喷射出柴油，起到冷却、润滑等功能。在此处理过程中，溶剂和循环水先从压缩机流出，经冷机冷却后，再流入气固界面电话电脑分离器，再经隔离后，经喷射滤清器，再将其送至压缩机的吸气室。其中一部分气液分离后，通过回流阀进入压缩机进口，调节流量，稳定进口压力。第一次驾驶时，在装置吸入室内补充液体，这时，分离器液面开始逐渐升高至系统设置的标准，人工关闭补液阀。通过对压缩机出口温度的 PID 调节，可以增加或减少循环喷射阀的开度，见图 1。图 1 VOC 压缩机气液系统 PID 图 1 VOC 压缩机气液系统 PID 随着系统的长期使用，在分离过程中，凝结物的数量会不断增加，从而使液面超出系统的预设范围，从而使分离器的开口量增加，直到液面回到标准，排液阀就会变得更小（参见图 1）。通过调节压缩机进口压力来调节循环回流阀的开度，从而保证压缩机工作的稳定，并在停车时保持开启状态，从而避免由于压缩腔内的压力而造成转子翻转。3.2 润滑油系统 本发明的 VOC 压缩机组润滑油系统 PID 符合 SH/T 3180 和 API 614 标准，油箱为独立的储罐，或与基座共用。在启动压缩机主机之前，应先启动油泵，让油压超过平衡室DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.07.054 杜 炜：VOC 螺杆压缩机组及其控制系统 199 的压力，对机组进行充分的润滑，避免造成设备的损伤。但是，若使用干式气体密封，应注意，在润滑油泵启动前，要对干式气密性轴承进行密封，否则，润滑油泵将不能打开，很可能会破坏干式气体密封。图 2 VOC 压缩机润滑油系统 PID 图 2 VOC 压缩机润滑油系统 PID 4 机组运行条件 4 机组运行条件 VOC 压缩机组的运营管理，严格依据 GB/T1328010 和API670111 的技术规定实施，并对其温度、压力、压差、液位、振动指标实施远程监控，并对主要控制点指标实施三选二的判定。4.1 排气温度 螺旋压气机的排气温度不宜太高，否则会导致机油性能下降，导致转子和机壳发生较大的变形。由于压缩介质 VOC极易挥发，因此必须严格控制废气温度，使其出口温度不能超过 85。常规 VOC 排放装置的单级设计压力比约为 4，同时，根据控制电路的检测，需要对其进行喷射冷却。4.2 进排气压力 由于机组体积比的特点，在气相成分稳定时，通常采取欠压的方式，而根据实际的设计和使用经验，其出口压差在8%，因而具有较高的效率。采用压气机出口回流来控制排气量，既能有效地改善机组的工作稳定性，又能与流量调整结合起来，达到调节生产过程的负荷，一般在 15%左右，这是合理选择驱动系统的主要参数，避免出现大马拉小车现象。4.3 润滑油总管压力 润滑油总管的压力不宜太小，否则会导致机油无法顺利进入机头轴承及密封，从而影响到整个设备的工作。一般润滑油的主要出口压力不超过 0.25 MPa，采用 3-2 控制逻辑.在大型设备的使用中，当润滑线路较长时，为了减少润滑油总管的压力波动，可以设置储能器，通常使用囊式储能器。4.4 机身振动 根据 SHS 01003-2004121 的规定，机箱的振动是对机组运行状况的一个重要的监控指标。检测点通常设置在每一轴支承或支座上，沿径向和轴向测得。VOC 装置也有轴向、径向两个方向的振动检测，采用转速传感器将信号传输到控制系统，高报警设定在 8 毫米/秒.5 MPS 机械保护控制系统 5 MPS 机械保护控制系统 MPS 的机械保护控制系统是一种用于保证螺杆压气机机组安全、稳定地工作的仪器控制系统。本系统根据螺旋压气机的工作特性和工作工况，在不同的控制点布排一次表，采集温度等多种信号，实现对机组的实时监测，当控制点出现异常时，提供调整、报警、联锁停车等功能。系统的设计达到了 API 670 的技术需求，包括系统报警、联锁显示、串行通信连接状态的显示、报警等。5.1 MPS 控制要求 MPS 最高级别的控制需求是安全性，因此会有对应的联动停车功能；二级控制需求为预警，并具备相应的警报功能；现场集中展示其他技术指标。通常的控制方法是通过调整阀门的开度来确保设备的正常工作。5.2 MPS 控制逻辑（1）联锁逻辑 针对发电机组的工况，MPS 控制系统提供了一个联动控制逻辑，即在合成气压力较低、供油总管入油气压较低、油罐火灾温度较低时，发电机组不能起动。如果进水压力太低，将会使发电机组的排水阀产生二次压力，使发电机组产生明显的抖动；润滑油水温、气压不合格，对润滑性能有较大的危害。当机油供给总管的水压和废气温度达到警告值时，就会引起应急刹车，以避免压缩机出现不可逆的机械损坏。同200 杜 炜：VOC 螺杆压缩机组及其控制系统 时，针对安全仪器系统的 SIL 级别的要求，采用三取二的方法，避免了仪器的错误和信号的波动。图 3 是 VOC 压气机的连接逻辑方框图。图 3 VOC 压缩机联锁逻辑框图 图 3 VOC 压缩机联锁逻辑框图 （2）报警逻辑 除联锁逻辑外，其他重要物理量也设有报警功能，如：人口滤清器压差高报，提醒滤芯出现阻塞，需要更换滤芯；废气压力高报、高报、高报；机油进油总管报低；机油滤清器的差压，喷液过滤器的差压高；压气机进、排气温度高报告；机油供给总管温度高报告；主机轴承高温报告；电机定子线圈的高温报警；气液分离装置的液面高度警告，润滑罐液面下降，压缩机外壳震动报警；当所有的警报信号超过正常值时，会发出声音和灯光警告，以警示操作者采取相应的措施。比如，要更换滤芯。VOC 压气机警报的逻辑方框图（略）。（3）阀门调节逻辑 VOC 设备的调节器是专门的节阀调节阀，见图 4。设备内采用了循环回流阀调整逻辑，以实现机械稳定，从而保证了压缩机的稳定运行，同时也是具有调整电流方向的作用。在停车过程中，此阀始终处于开启状态，起到平衡压缩机进、排气两个压力差的功能。VOC 螺旋压气机的排烟温度与压力比、喷液量、工作腔内的温度有关，在实际应用中，一般不能超过 85。因此，利用压缩机的废气温度来控制循环喷射阀的开度，将从气液分离器中分离出来的液体直接喷射到压缩机空腔中，从而避免由于热膨胀引起的咬合，自动排液阀控制是根据气液分离器的液面变化来调整排放，其控制原理是工作液面在 150-450 毫米之间（150-450 毫米）之间，既能确保循环喷液的量，也不会让它存在过量的液面。图 4 是 VOC 压气机气门调整的逻辑方框图。图 4 VOC 压缩机阀门逻辑框图 图 4 VOC 压缩机阀门逻辑框图 5.3 MPS 主要部件及仪表选型 在螺杆压缩机系统的实际应用中，对机身和在适当位置的装置也要有一定的防震动性能。由于工艺废气有 VOC 的高毒性、易挥发的特点，所以，对所有与 VOC 工业废气管道接触的阀门、阀芯阀体等均采用了不锈抗酸钢板，并建议采用316L 材料。在非压缩液体中，人们利用伯努利方程得出了控制阀门的流量方程式如下。（下转第 212 页）（下转第 212 页）212 何璐楠：天然气管道研究现状及发展趋势（6）随着时间的推移，网管老化等问题逐步出现在大家的视野当中，近年来，沈阳饭店燃气爆炸、滨州市燃气管道泄漏爆炸、苏州燃气爆炸事故等，深刻刺痛着人们的内心，对于老化、故障管道的及时维修更换、定时巡检必不可少，专业的巡检团队不可或缺，国家网管集团的介入，更是在不断促进管道安全维护措施的又一份保障；（7）工业的不断发展，科技的不断进步，能源需求量也在水涨船高，国内的管道建设也会逐步依附于主干线向边缘城镇地区建设，天然气的使用逐步代替许多家庭工业类煤炭能源的使用。我国的天然气管道建设依旧会呈现向外扩张的趋势，与国际上资源发达国家的天然气管道接轨，加强国际交流，实现互惠互利，追寻价格更低，实现能源来源的多样化。3 结 论 3 结 论 天然气行业的迅速发展的过程中不断出现着一些不可避免的弊端，直面困难不断改进，优化网管管理流程，规范“全国一张网”的有效布局，创造一个安全高效清洁的天然气管网保障化境是我们目前必不可少的关键一步。科技的不断进步，互联网技术的应用，各项技术发展更新迭代速度较快，我们也应与时俱进，吸收国内外先进的技术要求，不断加强我国的天然气管网管理机制，保障天然气行业的持续发展，不能盲目勘探开发保持节制。在不久的将来，国家管网体系的进一步完善，将会为我们的生活带来更大的福音，对于煤炭等高污染的化石能源的依赖也将逐步降低，实现我们的碳达峰碳中和的目标。参考文献 参考文献 1 李秋扬,赵明华,任学军,等.中国油气管道建设现状及发展趋势J.油气田地面工程,2019,38(S1):14-17.2 戚爱华.我国油气管道运输发展现状及问题分析J.国际石油经济,2009,17(12):57-59+84.3 蒲明.中国油气管道发展现状及展望J.国际石油经济,2009,17(03):40-47+86.4 王保群,林燕红,焦中良.我国天然气管道现状与发展方向J.国际石油经济,2013,21(08):76-79+109.5 余洋.中国油气管道发展现状及前景展望J.国际石油经济,2007(03):27-29+33.（上接第 200 页）_（上接第 200 页）_ 式中：V1，v2节流前后流体速度；，节留前后流体压力；A节流管件截面积；体积流量；流量系数 因此，循环回流阀的设计规范是由工艺参数决定的，如循环回流时的最大和最小流量，和前后压力的差异。6 结 论 6 结 论 从螺旋压气机的工作性质出发，在实际应用中应根据其结构和工作特点，合理选型，合理配置，使其具有更好的性能。VOC 机组的使用要注意的问题有：一是根据废气的压力合理选取梯级，利用高效的逆流来进行稳压和调整，确保出口压差在 8%以内，从而提高机组的运行效率。其次，对机组 MPS 的联锁逻辑进行适当的设定，可以有效地防止压缩机组频繁停机和机械损坏。最后，选用适当的 MPS 元件，可以有效地降低工程造价。该设备在 MPS 系统的实时监控与保护下，可用于高压输送 VOC 等有毒有害气体的输送，从而为螺旋压气机开拓蓝海市场打下了良好的基础。参考文献 参考文献