CN101285462B - 活塞往复式压缩机阶梯压缩系统 - Google Patents

活塞往复式压缩机阶梯压缩系统 Download PDF

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Abstract

一种活塞往复式压缩机阶梯压缩系统，一级输入管线经气动球阀连接一级缸的一级进气口，一级缸出气口连接的一级输出管线经过一级输出气动球阀连接所述气液分离器，经一级支路气动球阀连接二级缸的二级进气口，二级缸出气口连接的二级输出管线经过二级输出气动球阀连接所述气液分离器，经二级支路气动球阀连接三级缸的三级进气口，三级缸出气口连接的三级输出管线经过三级输出气动球阀连接所述气液分离器，经三级支路气动球阀连接四级缸的四级进气口，四级缸出气口连接的四级输出管线经过四级输出气动球阀连接所述气液分离器。这种阶梯式消耗功率比连续式减少36％的电能消耗，对于活塞往复式压缩机用户减少运营费用，节能降耗具有重大意义。

Description

活塞往复式压缩机阶梯压缩系统
技术领域
本发明涉及一种气体压缩技术，特别是涉及一种活塞往复式压缩机阶梯压缩系统。
背景技术
活塞往复式压缩机广泛应用于石油、天然气及化工等领域。活塞往复式压缩机常用的一种驱动方式是电动机驱动，电动机的额定输出功率要略大于活塞往复式压缩机，而活塞往复式压缩机在运行时通常是根据用户要求，在不同的工况(入口压力，出口压力，气体流量等)下，设计成不同的压缩级数，压缩级数越高，所需要的电动机输出功率越大。比如天然气充灌，当天然气入口压力是0.8MPa，经活塞往复式压缩机压缩后充罐的出口压力是25MPa，气体流量2220M3/h。如果按压缩级从第一级到第四级连续工作，将出口压力25MPa的气体直接充入用户的储气容器中，所消耗的功率是320KW。由于用户气罐加气之初，其罐内压力很低，此时就用四级压缩机同时工作，以最高的压力向气罐中加气，无疑是种浪费，会白白浪费不少功率消耗。
发明内容
为弥补上述不足，降低使用活塞往复式压缩机的功率消耗，本发明提供一种活塞往复式压缩机阶梯压缩系统。
本发明活塞往复式压缩机阶梯压缩系统，包括活塞往复式压缩机及输入管线和输出管线、气动球阀、电磁换向阀、冷却器、气液分离器、回收罐、减压阀、驱动电机、变频器、PLC，总进气口连接的一级输入管线经气动球阀连接所述活塞往复式压缩机的一级缸的一级进气口，所述一级缸出气口连接的一级输出管线经过一级输出气动球阀连接所述气液分离器，经一级支路气动球阀连接所述活塞往复式压缩机的二级缸的二级进气口，所述二级缸出气口连接的二级输出管线经过二级输出气动球阀连接所述气液分离器，经二级支路气动球阀连接所述活塞往复式压缩机的三级缸的三级进气口，所述三级缸出气口连接的三级输出管线经过三级输出气动球阀连接所述气液分离器，经三级支路气动球阀连接所述活塞往复式压缩机的四级缸的四级进气口，所述四级缸出气口连接的四级输出管线经过四级输出气动球阀连接所述气液分离器，在所述活塞往复式压缩机的四条输出管线上分别装有主压力传感器，所述活塞往复式压缩机的所有气缸共驱动轴，连接所述驱动电机，所述驱动电机连接所述变频器，所述输入、输出及支路气动球阀分别连接主电磁换向阀，所述变频器、主电磁换向阀和主压力传感器连接所述PLC。
本发明活塞往复式压缩机阶梯压缩系统，在所述输出气动球阀和所述气液分离器之间的连接管线上分别串接一单向阀。
本发明活塞往复式压缩机阶梯压缩系统，所述活塞往复式压缩机的各气缸的出气口和气动球阀之间的输出管线上分别串接冷却器和过滤器，并联一温度传感器。
本发明活塞往复式压缩机阶梯压缩系统，在前三级过滤器上，分别有一支路连接回收气动球阀，所述三个回收气动球阀连接到回收罐，所述回收罐经过一回流减压阀连接所述活塞往复式压缩机一级缸的一级进气口；所述三个回收气动球阀分别连接辅助电磁换向阀。
本发明活塞往复式压缩机阶梯压缩系统，在所述活塞往复式压缩机的一级缸输出管线上连接一分支管线，通过控制减压阀连接到所有电磁换向阀，所述回收罐也有一分支管线连接所有电磁换向阀。
本发明活塞往复式压缩机阶梯压缩系统，在所述进气口、所述输入气动球阀后的输入管线上并联一输入压力传感器和输入压力表，在所述气液分离器上装有输出压力传感器和输出压力表。
本发明活塞往复式压缩机阶梯压缩系统，在所述的四条输出管线、气液分离器和回收罐上均安装安全阀。
本发明活塞往复式压缩机阶梯压缩系统，消耗功率比连续式减少36％的电能消耗，对于活塞往复式压缩机用户减少运营费用，节能降耗具有重大意义。
附图说明
图1是本发明活塞往复式压缩机阶梯压缩系统的示意图；
图2是本发明活塞往复式压缩机阶梯压缩系统的电气连接图。
具体实施方式
为进一步阐述本发明活塞往复式压缩机阶梯压缩系统，下面结合实施例作更详尽的说明。
将活塞往复式压缩机由各级连续式消耗功率改成阶梯式消耗功率。由于活塞往复式压缩机在压缩气体时各级消耗的功率不同，并按压缩级的升高而逐级叠加，而用户的储气容器在达到所要求的储气容积时，在不同的充气压力点，所需要的时间也不同，对活塞往复式压缩机在压缩到不同的充气压力点时，所消耗的功率也不同。因此我们设计了一种新的控制方法将活塞往复式压缩机由各级连续式消耗功率改成阶梯式消耗功率。
具体系统见图1。
该系统包括活塞往复式压缩机YS、气动球阀A、B、C、电磁换向阀SV、冷却器LQ、气液分离器QYF、回收罐PV、减压阀PR、安全阀SRV、单向阀CV、压力传感器PT、温度传感器TS、驱动电机、变频器、PLC；
总进气口连接的一级输入管线经输入气动球阀A1连接所述活塞往复式压缩机YS的一级缸YS1的一级进气口，一级缸YS1的出气口连接的一级输出管线G1上串接一级冷却器LQ1和一级过滤器F1，一级过滤器F1有一路输出经过一级输出气动球阀B1和一单向阀CV1连接气液分离器QYF，另一支路经一级支路气动球阀A2连接所述活塞往复式压缩机的二级缸的二级进气口，同时经一级回收气动球阀C1连接回收罐PV；在一级缸YS1的出气口连接的一级输出管线G1上接有温度传感器TS1，在一级冷却器LQ1后接有安全阀SRV1，在一级输出气动球阀B1前装有主压力传感器PT11，在一级支路气动球阀A2前连接有压力传感器PT12；
二级缸YS2的出气口连接的二级输出管线G2上串接二级冷却器LQ2和二级过滤器F2，二级过滤器F2有一路输出经过二级输出气动球阀B2和一单向阀CV2连接气液分离器QYF，另一支路经二级支路气动球阀A3连接所述活塞往复式压缩机的三级缸的三级进气口，同时经二级回收气动球阀C2连接回收罐PV；在二级缸YS2的出气口连接的二级输出管线G2上接有温度传感器TS2，在二级冷却器LQ2后接有安全阀SRV2，在二级输出气动球阀B2前装有主压力传感器PT21，在二级支路气动球阀A3前连接有压力传感器PT22；
三级缸YS3的出气口连接的三级输出管线G3上串接三级冷却器LQ3和三级过滤器F3，三级过滤器F3有一路输出经过三级输出气动球阀B3和一单向阀CV3连接气液分离器QYF，另一支路经三级支路气动球阀A4连接所述活塞往复式压缩机的四级缸的四级进气口，同时经三级回收气动球阀C3连接回收罐PV；在三级缸YS3的出气口连接的三级输出管线G3上接有温度传感器TS3，在三级冷却器LQ3后接有安全阀SRV3，在三级输出气动球阀B3前装有主压力传感器PT31，在三级支路气动球阀A4前连接有压力传感器PT32；
四级缸YS4的出气口连接的四级输出管线G4上串接四级冷却器LQ4和四级过滤器F4，四级过滤器F4有一路输出经过四级输出气动球阀B4和一单向阀CV4连接气液分离器QYF，在四级缸YS4的出气口连接的四级输出管线G4上接有温度传感器TS4，在四级冷却器LQ4后接有安全阀SRV4和放气阀FQ1，在四级输出气动球阀B4前装有主压力传感器PT4。
所有的气动球阀A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3，有管线和电磁换向阀SV1-11连接，回收罐PV有一管线连接所有电磁换向阀SV1-11，一级输出管线G1的支路通过一减压阀PR1连接到所有电磁换向阀。
回收罐PV安装有压力传感器PT6、压力表和安全阀SRV6，并通过减压阀PR2连接到一级输入管线上。
进气口上输入气动球阀A1后的输入管线上还可以安装压力表，在气液分离器上还可以安装压力表。
气液分离器QYF连接一安全阀SRV5，一级过滤器F1连接的之路也连接一安全阀SRV0。
变频器、电磁换向阀SV1、SV2、SV3、SV4、SV5、SV6、SV10、SV11和压力传感器PT11、PT21、PT31、PT41连接所述PLC。
气动球阀的不同通断状态，改变系统的工作状态：
状态一：活塞往复式压缩机第一级将天然气从P0＝0.8MPa压缩到P1＜2.1＝2.1X0.9＝1.89MPa时，
A1，A3，A4，    B1，        C1，C2，C3是阀开状态.
A2，            B2，B3，B4            是阀闭状态.
此时，活塞往复式压缩机第一级运行。直到将用户的储气容器充到1.89MPa，在这个时间段上，活塞往复式压缩机消耗功率是＜86KW.
当P1≥1.89MPa时，活塞往复式压缩机第二级开始运行。
状态二：活塞往复式压缩机第二级将天然气从P1＝1.89MPa压缩到P2＜4.6＝4.6X0.9＝4.14MPa时，
A1，A2，A4，  B2，        C2，C3   是阀开状态.
A3，          B1，B3，B4，C1       是阀闭状态.
此时，活塞往复式压缩机第二级运行。直到将用户的储气容器充到4.14MPa，在这个时间段上，活塞往复式压缩机消耗功率是＜160KW。
当P2≥4.14MPa时，活塞往复式压缩机第三级开始运行。
状态三：活塞往复式压缩机第三级将天然气从P2＝4.14MPa压缩到P3＜12.3＝12.3X0.9＝11.07MPa时，
A1，A2，A3，  B3，        C3        是阀开状态。
A4，          B1，B2，B4，C1，C2    是阀闭状态。
此时，活塞往复式压缩机第二级，第二级，第三级运行.直到将用户的储气容器充到11.07MPa，在这个时间段上，活塞往复式压缩机消耗功率是＜251KW。
当P3≥11.07MPa时，活塞往复式压缩机第四级开始运行。
状态四：活塞往复式压缩机第四级将天然气从P3＝11.07MPa压缩到P4＝25X0.9＝22.5MPa时，
A1，A2，A3，A4， B4，                        是阀开状态。
                 B1，B2，B3， C1，C2，C3     是阀闭状态。
此时，活塞往复式压缩机第二级，第二级，第三级，第四级连续运行，直到将用户的储气容器充到22.5MPa时，在这个时间段上，活塞往复式压缩机消耗功率＜320KW。
也就是说：
当活塞往复式压缩机第一级将天然气从0.8MPa压缩到2.1X0.9＝1.89MPa，在用户的储气容器达到1.89MPa时，再转换到两级压缩，在这个时间段上，活塞往复式压缩机消耗功率＜86KW。
当活塞往复式压缩机第二级将天然气从1.89MPa压缩到4.6X0.9＝4.14MPa，在用户的储气容器达到4.14MPa时，再转换到三级压缩，在这个时间段上，活塞往复式压缩机消耗功率＜160KW。
当活塞往复式压缩机第三级将天然气从4.14MPa压缩到12.3X0.9＝11.07MPa，在用户的储气容器达到11.07MPa时，再转换到四级压缩，在这个时间段上，活塞往复式压缩机消耗功率＜251KW。
当活塞往复式压缩机第四级将天然气从11.07MPa压缩到25X0.9＝22.5MPa，在用户的储气容器达到22.5MPa时，在这个时间段上，活塞往复式压缩机消耗功率＜320KW。
我们仍将活塞往复式压缩机各级压缩所消耗功率叠加在除以四得到平均消耗的功率
即(86+160+251+322)/4＝205KW。
由此我们可以算出阶梯式比连续式可以节省1-(205/320)＝36％的能耗。
以上四种状态的控制是通过变频器控制电动机在不同工作状态，输出不同功率.电控系统使用了二个PLC(可编程逻辑控制器)，可以控制活塞往复式压缩机的每个操作。该装置使用各种传感器、变送器、电磁阀来控制和检测设备的运转情况，以及在运行不正常或出现故障时的安全关闭和故障报警，运行状态可以实时显示在控制柜面板上的数码管上，全中文界面的触摸式显示屏，为用户提供了二个易于操作的友好平台，可实现无人值守。

Claims (6)

1.一种活塞往复式压缩机阶梯压缩系统，包括活塞往复式压缩机(YS)及输入管线和输出管线(G)、气动球阀(A、B、C)、电磁换向阀(SV)、冷却器(LQ)、气液分离器(QYF)、回收罐(PV)、减压阀(PR)、驱动电机、变频器、PLC，其特征在于，总进气口连接的一级输入管线经输入气动球阀(A1)连接所述活塞往复式压缩机(YS)的一级缸(YS1)的一级进气口，所述一级缸(YS1)出气口连接的一级输出管线(G1)经过一级输出气动球阀(B1)连接所述气液分离器(QYF)，经一级支路气动球阀(A2)连接所述活塞往复式压缩机(YS)的二级缸(YS2)的二级进气口，所述二级缸(YS2)出气口连接的二级输出管线(G2)经过二级输出气动球阀(B2)连接所述气液分离器(QYF)，经二级支路气动球阀(A3)连接所述活塞往复式压缩机(YS)的三级缸(YS3)的三级进气口，所述三级缸(YS3)出气口连接的三级输出管线(G3)经过三级输出气动球阀(B3)连接所述气液分离器(QYF)，经三级支路气动球阀(A4)连接所述活塞往复式压缩机(YS)的四级缸(YS4)的四级进气口，所述四级缸(YS4)出气口连接的四级输出管线(G4)经过四级输出气动球阀(B4)连接所述气液分离器(QYF)；在所述活塞往复式压缩机的四条输出管线(G1、G2、G3、G4)上分别装有主压力传感器(PT11、PT21、PT31、PT4)，所述活塞往复式压缩机的所有气缸共驱动轴，连接所述驱动电机，所述驱动电机连接所述变频器，所述输入、输出及支路气动球阀(A1、A2、A3、A4、B1、B2、B、B4)分别连接主电磁换向阀(SV1、SV2、SV3、SV4、SV5、SV6、SV10、SV11)，所述变频器、主电磁换向阀(SV1、SV2、SV3、SV4、SV5、SV6、SV10、SV11)和主压力传感器(PT11、PT21、PT31、PT4)连接所述PLC。
2.根据权利要求1所述的活塞往复式压缩机阶梯压缩系统，其特征在于，在所述输出气动球阀(B1、B2、B3、B4)和所述气液分离器(QYF)之间的连接管线上分别串接一单向阀(CV1、CV2、CV3、CV4)。
3.根据权利要求2所述的活塞往复式压缩机阶梯压缩系统，其特征在于，所述活塞往复式压缩机(YS)的各气缸的出气口和输出气动球阀之间的输出管线(G1、G2、G3、G4)上分别串接冷却器(LQ1、LQ2、LQ3、LQ4)和过滤器(F1、F2、F3、F4)，并联一温度传感器(TS1、TS2、TS3、TS4)。
4.根据权利要求3所述的活塞往复式压缩机阶梯压缩系统，其特征在于，在前三级过滤器(F1、F2、F3)上，分别有一支路连接回收气动球阀(C1、C2、C3)，所述三个回收气动球阀(C1、C2、C3)连接到回收罐(PV)，所述回收罐(PV)经过一回流减压阀(PR2)连接所述活塞往复式压缩机(YS)一级缸(YS1)的一级进气口；所述三个回收气动球阀(C1、C2、C3)分别连接辅助电磁换向阀(SV7、SV8、SV9)。
5.根据权利要求3所述的活塞往复式压缩机阶梯压缩系统，其特征在于，在所述活塞往复式压缩机(YS)的一级缸(YS1)输出管线(G1)上连接一分支管线，通过控制减压阀(PR1)连接到所有电磁换向阀(SV1-11)，所述回收罐(PV)也有一分支管线连接所有电磁换向阀(SV1-11)。
6.根据权利要求5所述的活塞往复式压缩机阶梯压缩系统，其特征在于，在所述的四条输出管线(G1、G2、G3、G4)、气液分离器(QYF)和回收罐(PV)上均安装安全阀(SRV1、SRV2、SRV3、SRV4、SRV5、SRV6)。
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