往复活塞式煤气压缩机吸气阀节能改造
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摘要：通过增加压叉装置，对活塞式煤气压缩机吸气阀的结构功能改造，改变了压缩机的运行工况，满足了用户对煤气量的变化需求，达到节约电能的目的。
关键词：往复压缩机；活塞压缩机；节能；吸气阀；改造；排气量。
中图分类号：TE08文献标识码： A
1、引言
随着市场竞争日益激烈，节能降耗已是企业降低生产成本，提高经济效益的重要手段之一。对煤气压缩机吸气阀结构功能改造，可以保证压缩机4种不同的运行方式。选择与用户需求相匹配的运行方式，减小压缩机做不必要的功，最终达到节约电能的目的。
2、项目改造背景
我公司有4台一级双缸对称平衡型往复活塞式煤气压缩机，气缸采用上进、下出。其用途是完成对外用户单位的煤气输送功能。设备的见设备主要性能表1
表1
设备主要性能表
在实际生产中，用户单位对煤气的需求量变化不定，在很多时间，用户的需求量与压缩机的额定排气量存在不匹配问题。为了同时保证煤气的输送量和输送压力，符合用户需求，在压缩机的日常操作中，通过调节循环门的方式进行控制，即将多余的煤气由出口的循环管线返回到压缩机的入口处。根据往复活塞式压缩机的工作原理可知，这样操作，压缩机其实是一直在满负荷做功。必然存在多做无用功，浪费电能的问题。
3、节能原理
往复活塞式煤气压缩机工作原理是电动机通过联轴器与曲轴相连，曲轴带动连杆，连杆带动活塞做往复运动。活塞的运动使气缸容积发生变化。以左气缸的一侧气阀工作状态为例，当活塞向右运动时，气缸容积增大，吸气阀打开，排气阀关闭，煤气被吸进；当活塞向左运动时，吸气阀关闭，排气阀打开，煤气被排出。由能量守恒原理可知，压缩机的做功与吸排气量成正比例关系。以往通过调节循环门的方式控制并不能降低压缩机的工作负荷。所以，只有改变压缩机的吸排气量，压缩机的做功就会减小，从而电动机的功率就会下降，这样就达到了节约电能的目的，同时又可以满足用户单位在不同时期对煤气需求量变化的问题。
4、改造方案及原理
方案的思路是，通过一定的方法实现在压缩机工作过程中，可以控制进气阀的工作状态，使吸气量可调。吸气量的变化必然会引起排气量的变化，正比例变化。
根据吸、排气阀工作时，阀片的受力原理可知，阀片是在两边的作用力压差下启闭的。在正常情况下，压缩机吸气过程时吸气阀阀片受力为，缸内的压力+弹簧力≤进气管内的压力，阀片压死。排气过程时吸气阀阀片受力为，缸内的压力+弹簧力≥进气管内的压力，阀片顶开。通过在阀片上增加外力的方法，即选定0.5MPa压力的氮气作为气源。无论是在吸气过程还是在排气过程，吸气阀阀片一直处于顶开的状态，外力+缸内的压力+弹簧力≥进气管内的压力。见阀片受力图1。
图1
煤气是易燃易爆气体，为避免发生事故，用氮气作为气源，通过压叉装置，实现对吸气阀阀片顶开。压缩机机房现场有氮气引出管线，需要增加一台2m³的氮气稳压罐，与每个吸气阀压叉装置采用φ6mm的卡套接头连接。为实现25%、50%、75%、100%四种不同排气量控制，且要保证在压缩机工作时，曲轴的受力均衡，18组吸气阀要进行分组控制。见流程图2
图2
流程图
当旋转阀指针在100%位置时，阀门处于关闭状态。当指针在75%位置时，分支1分和支2接通气，分支3关闭；当指针在50%位置时，分支2接通气，分支1和分支3关闭；当指针在25%位置时，分支3接通气，分支1和分支2关闭。
4台压缩机是相同规格的，对其中一台进行改造，就可以有很多种排气量选择，见排气量组合表2
表2
排气量组合表
5、节能计算
以2013年的设备运行为例，进行节约电能计算。2013年节能改造的设备共计运行4850小时，其中100%负荷运行1050小时，75%负荷运行1250小时，50%负荷运行1800小时，25%负荷运行750小时。在输送相同的煤气量时，改造前通过调节循环门的方式进行控制和改造后通过调节吸气阀运行状态的方式进行控制时，电动机的运行电流(均值)对比情况见表3
表3
运行电流对比表
通过表3，根据电动机用电量计算公式w=√3UI0.8得 ：
一年可节约用电量W总=W25%+ W50%+ W75% =（√3UI25%0.8h25%）+（√3UI50%0.8h50%）+（√3UI75%0.8h75%）
=(√3*10000/1000V*4A*0.8*750h)+
+（√3*10000/1000V*3A*0.8*1800h)+(√3*10000/1000V*4A0.8*1250h)=185670KWh
6、结论
调节压缩机排气量时，用一定的氮气压力顶住吸气阀阀片方式，使用简单方便，运行安全可靠，完全可以满足用户的需求。经过一年多的使用，节能效果显著。
参考文献：
1. 林梅，压缩机环状阀原理M，北京化学工业出版社，1982.