2024年4月23日发(作者：)

往复压缩机气量无级调节方法选择方案

1、专题概述：

通常我们总是根据装置或系统所需的最大容积流量来选择压缩机，然而，

压缩机的实际工况却是随工艺流程或耗气设备的需要而变化的。当耗气量小于压

缩机的排气量时，便需要对压缩机进行气量调节，以使压缩机的排气量适应耗气

量的要求，且保持管网中的压力稳定。随着装置大型化，往复式压缩机的排气量、

功率越来越大，如果气量调节方式选择不合适就会造成很大浪费。随之气量无极

调节系统应运而生，因此对该系统进行研究。

2、专题目标：

通过研究为确定广东石化往复机气量无极调节系统配置方案提供依据。

3、研究思路或原则：

从介绍往复式压缩机气量调节方法的各种方法起，对各种方法进行比较，着

重介绍无极气量调节的原理、特点、和组成。最后介绍国内千万吨炼厂无极气量

调节的配置情况和广东石化的配置方案。

4、专题调研、方案策划和分析对比

4.1、往复式压缩机常用的气量调节方法有以下几种：

4.1.1、转速调节M

点是气量连续，功率消耗小，压缩机各级压力比保持不变，压缩机上

M

转速调节即通过改变压缩机的转速来调节排气量。这种调节的优

不需设专门的调节机构等；但它仅仅广泛使用在驱动机为内燃机和汽轮机的压缩

机上，如果驱动机为电动机，则需要配置变频器，由于大功率、高压变频器价格

昂贵，而且需要大量的维护、维修工作，因此，目前在电动机驱动的往复式压缩

机上很少采用该方法。此外，变转速调节可能会对往复式压缩机的工作产生不良

影响，如气阀颤振，部件磨损大、振动增加，润滑不充分等等，也限制了该方法

的广泛应用。

4.1.2、余隙腔调节

在压缩机的气缸上，除固定余隙容积外，另外设有一定

的空腔，调节时接入气缸工作腔，使余隙容积增大，容积系

数减小，排气量降低，这就是余隙腔调节的工作原理。按照补助容积接入的方式

不同，又分为连续的、分级的以及间断的调节，多用于大型工艺压缩机。这种调

节方式的主要缺点是：通常手动调节，且响应速度慢，一般需与其它调节方式配

合使用。虽然连通可变补助余隙容积的方法原则上可以实现0%~100%范围内的调

节，但系统的可靠性较差，易损件多，难于维护。

4.1.3、旁通调节

排气管经由旁通管路和旁通阀门与进气管相连接，调节

时只要开启旁通阀，部分排气便又回到进气管路中。这种调

节方法比较灵活，而且简单易行，配上自动控制系统调节精

度也比较高，但是因为多余气体的全部压缩功都损耗掉，所以经济性差，所以，

这种方法适用于偶尔调节或调节幅度小的场合。

4.1.4、压开进气阀调节

根据进气阀被压开过程的长短，该方法分为全行程压开进

气阀和部分行程压开进气阀两种方式。对于全行程压开进气阀

调节，在吸气过程中，气体被吸入气缸，在压缩过程中，因为

进气阀全开，吸入的气体又被全部推出气缸。假设某压缩机有一个一级双作用气

缸，若只顶开活塞一侧的进气阀，气量降低50%，如果两侧同时顶开，则排气量

为零，所以，该机可实现气量0，50%和100%三级调节。可见，全行程压开进气

阀的调节幅度较大，适用粗调节。

4.1.5、部分行程压开进气阀调节的原理与全行程压开进气阀相似，但它通过控

制压缩行程中进气阀的关闭时刻，控制返回气量的多少，从而可以实现气量连续

调节，由于压缩功几乎与排气量成正比例地减少，所以还有很高的运行经济性。

下面着重介绍部分行程压开进气阀调节。

4.2、部分行程压开进气阀调节（气量无级调节系统.）

比较上述调节方式可以看出，真正做到连续、经济、快捷、精确调节的方式

就是部分行程压开进气阀调节。而部分行程压开进气阀调节目前只有Hoerbiger

的HydroCOM和Dreser-rand的ISC气量无级调节系统.。下面介绍一下气量无级

调节系统：

4.2.1、气量无级调节系统的工作原理:

如图所示，随着活塞在压缩机气缸中的往复运动，每个气缸侧的一个正常工

作循环包括：a) 余隙容积中残留高压气体的膨胀过程，如图示A-B 曲线，

此时压缩机的进气阀和排气阀均处于正常的关闭状态；b)进气过程，如BC

曲线，此时进气阀在气缸内外压差的作用下开启，进气管线中的气体通过进气阀

进入气缸，至C 点完成相当于气缸100%容积流量的进气量，进气阀关闭；c) C-D

为压缩曲线，气缸内的气体在活塞的作用下压缩达到排气压力；d) D-A为排气

过程，排气阀打开，被压缩的气体经过排气阀进入下一级过程。如果在进气过程

到达 C 后，进气阀在执行机构作用下仍被强制地保持开启状态，那么压缩过程

并不能沿原压缩曲线由位置C 到位置D，而是先由位置C 到达位置Cr，此时原

吸入气缸中的部分气体通过被顶开的进气阀回流到进气管而不被压缩；待活塞运

动到特定的位置Cr（对应所要求的气量）时，执行机构使顶开进气阀片的强制

外力消失，进气阀片回落到阀座上而关闭，气缸内剩余的气体开始被压缩，压缩

过程开始沿着位置Cr 到达位置Dr。气体达到额定排压后从排气阀排出，容积流

量减少。

无级调节系统正是利用计算机即时处理压缩机运行过程中的状态数据，并将

信号反馈至执行机构内电子模块，通过液压执行器来实时控制进气阀的开启与关

闭时间，实现压缩机排气量0－100%全行程范围无级调节，这种方法压缩机的指

示功消耗与实际容积流量成正比。

4.2.2、气量无级调节系统的特点

通过以上描述可以了解气量无级调节系统的最大特点就是节能，也就是节

省金钱。与典型的旁通阀调节比较：2000KW 60％平均负载 按0.5元/度电

计算，每小时通过旁通阀调节浪费的能源：2000×0.85×0.4=680KW 每年损

失5400MWh，旁通阀调节每年浪费的约为270万元。另外还有以下优点：

●调节范围宽：通过智能化的液压调节机构，能够快速、精确地控制压力和

流量，理论上能够达到0%-100%无极调节，正常达到10%-100%无极调节。

●动态特性高：执行机构内电磁阀的快速精确响应保证压缩机负载可以在三

个曲轴回转中从0%加载到100%。

●额外的状态监控：系统不仅仅是一个控制系统，同时也是一个监控平台。

通过对压缩机气量调节系统和所有易损件进行监控，成为往复式压缩机的监护医

生。

气量无级调节系统的缺点主要是增加设备投资，前期投入增大。

4.2.3、气量无级调节系统的组成为：

●中间接口单元CIU（Compressor Interface Unit）提供系统内部和用户

DCS 控制系统之间的信号交换处理功能；

●液压执行器 HA（Hydraulic Actuator）是一组通过卸荷器对气阀产生作

用的部件总和，由液压油站HU 提供实现该动作功能所需的机械动力，CIU 进行

实时控制，EPS 提供电源。它由阀室、电气室和密封室三部分组成；

●液压油站 HU 向执行机构提供高压液压油；

●TDC 传感器（Top Dead Center Sensor）传递活塞在气缸中的即时位置；

●服务器单元 HSS用于对气量调节系统进行参数设置，以使CIU 适用一个

特定的场合要求，同时也可用于系统调试和故障诊断工作。

现场图片如下：

5、方案论证及对投资的影响

5.1、国内新建千万吨炼油项目往复式压缩机气量无极调节装置配置情况

略（涉及隐私）

5.2经济投入情况

略（涉及隐私）

6、研究成果及实施建议

略（涉及隐私）