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        壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)使用效果及問題處理

        2020-01-03 08:42:14李雷明
        設(shè)備管理與維修 2019年24期
        關(guān)鍵詞:投用卸荷使用壽命

        李雷明

        (大慶煉化公司煉油一廠,黑龍江大慶 163318)

        0 引言

        大慶煉化公司煉油一廠汽油加氫裝置往復(fù)式新氫壓縮機(jī)K101B 原設(shè)計(jì)為直接型指式吸氣閥卸荷。2016 年對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行增設(shè)賀爾碧格氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造。該造后雖然節(jié)能效果明顯,但壓縮機(jī)活塞支撐環(huán)磨損過快,因此氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)一直無法投用。經(jīng)多次試驗(yàn)改進(jìn),于2017 年底解決了壓縮機(jī)活塞支撐環(huán)磨損過快的問題,使氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)得以重新發(fā)揮作用。

        1 壓縮機(jī)增設(shè)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原因

        1.1 壓縮機(jī)概況

        大慶煉化公司煉油一廠汽油加氫裝置往復(fù)式新氫壓縮機(jī)K101B 由沈陽(yáng)遠(yuǎn)大壓縮機(jī)股份有限公司于2013 年制造生產(chǎn),壓縮機(jī)型號(hào)為2D12-13/10-29,兩級(jí)兩列對(duì)稱式布置,驅(qū)動(dòng)機(jī)功率400 kW,壓縮機(jī)設(shè)計(jì)氣量7200 m3/h,原設(shè)計(jì)入口壓力1.093 MPa,級(jí)間設(shè)計(jì)壓力1.89 MPa,級(jí)間安全閥整定壓力2.3 MPa。原設(shè)計(jì)氣閥卸荷方式為直接型指式吸氣閥卸荷,負(fù)荷有0、50%、100%,共3 個(gè)擋位。該壓縮機(jī)僅有一個(gè)二級(jí)出口返一級(jí)入口控制閥。

        1.2 壓縮機(jī)增設(shè)無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)前存在的問題

        (1)由于工藝改進(jìn),氫氣需求量為3400~4400 m3/h,壓縮機(jī)設(shè)計(jì)氣量偏大,由于壓縮機(jī)氣閥卸荷方式為直接型指式吸氣閥卸荷,且不建議長(zhǎng)期在50%擋位下運(yùn)行,所以壓縮機(jī)運(yùn)行負(fù)荷只能為100%,需依靠壓縮機(jī)出口返回線控制壓縮機(jī)出口壓力,返回閥開度約為40%,造成電能的極大浪費(fèi)。

        (2)由于實(shí)際生產(chǎn)中新氫壓縮機(jī)入口壓力偏高,最高達(dá)到1.293 MPa,因此理論上壓縮機(jī)的級(jí)間壓力會(huì)達(dá)到2.39 MPa,安全閥整定壓力2.2 MPa,如果不降低壓縮機(jī)入口壓力,壓縮機(jī)級(jí)間安全閥就會(huì)起跳,降低壓縮機(jī)入口壓力的方法是將壓縮機(jī)入口管線內(nèi)的氫氣排至低瓦系統(tǒng),造成氫氣的極大浪費(fèi)。

        2 壓縮機(jī)增設(shè)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的效果

        2.1 節(jié)電

        壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后,在滿足工藝生產(chǎn)的前提下,通過降低壓縮機(jī)負(fù)荷,關(guān)小壓縮機(jī)出口返回發(fā),節(jié)電效果明顯。以壓縮機(jī)長(zhǎng)時(shí)間在60%負(fù)荷情況下運(yùn)行為例,每日可節(jié)電約4000 kW·h,按電價(jià)0.6 元/kW·h 計(jì),每天可節(jié)省成本2400元,每年可節(jié)省電費(fèi)87.6 萬元。

        2.2 節(jié)氫氣

        氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后,通過分別調(diào)整壓縮機(jī)一、二級(jí)負(fù)荷,使壓縮機(jī)一、二級(jí)負(fù)荷的差值保持在5%,可降低壓縮機(jī)的一級(jí)壓縮比,降低壓縮機(jī)的級(jí)間壓力,有效減少了壓縮機(jī)入口氫氣的排放,以2018 年全年的生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例,以裝置額定處理量1 500 000 t/年為例,氫氣單價(jià)按2 萬元/t 計(jì)算,壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后,每年可節(jié)省氫氣量1200 t,節(jié)省氫氣費(fèi)用2400 萬元。

        3 壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后出現(xiàn)的問題及處理方法

        3.1 問題

        壓縮機(jī)活塞支撐環(huán)為易損備件,活塞支撐環(huán)原設(shè)計(jì)材料為PTFE,設(shè)計(jì)使用壽命8000 h。壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用前,活塞支撐環(huán)使用壽命最長(zhǎng)可達(dá)7000 h。壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后,使用壽命出現(xiàn)大幅縮短的情況,最短將至2000 h,且活塞桿沉降量出現(xiàn)大幅波動(dòng)。

        3.2 原因分析

        壓縮機(jī)正常運(yùn)行時(shí),氣缸內(nèi)壓縮側(cè)的氣體會(huì)向膨脹側(cè)流動(dòng),在壓縮機(jī)活塞與氣缸的間隙處高壓氣體會(huì)對(duì)活塞產(chǎn)生作用力F1與F2,(圖1)。由于出口區(qū)域壓力大于入口區(qū)域的壓力,因此F1<F2,會(huì)對(duì)活塞產(chǎn)生一個(gè)向上的推力。由于壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后降低了每次壓縮氣體的時(shí)間,通過活塞與氣缸間隙的氣體量減少,活塞受到向上的推力也會(huì)減少,由于壓縮機(jī)負(fù)荷較低,活塞出現(xiàn)明顯的下移,使活塞支撐環(huán)磨損加劇。

        圖1 壓縮機(jī)活塞受力示意

        3.3 延長(zhǎng)活塞支撐環(huán)使用壽命的方法

        3.3.1 提高壓縮機(jī)負(fù)荷

        提高壓縮機(jī)負(fù)荷可以提高活塞支持環(huán)的使用壽命,在壓縮機(jī)負(fù)荷控制在85%的情況下,壓縮機(jī)活塞支撐環(huán)的使用壽命3000 h,該方法雖然有一定的作用但效果不明顯,且與壓縮機(jī)增設(shè)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的初衷不符。

        3.3.2 升級(jí)活塞支撐環(huán)材質(zhì)

        壓縮機(jī)活塞支撐環(huán)原設(shè)計(jì)材料為PTFE,經(jīng)與壓縮機(jī)廠溝通采用一種填充納米級(jí)陶瓷晶須的新型密封材料HW-PTFE,這種材料通常用于飛機(jī)的剎車片,HW-PTFE 材料中的陶瓷晶須與PTFE 結(jié)晶體形成交聯(lián)互織的加強(qiáng)體結(jié)構(gòu),使材料有更高的強(qiáng)度和低硬度的特點(diǎn),增強(qiáng)了材料的耐磨性,具體性能見表1。活塞支撐環(huán)材料升級(jí)后壓縮機(jī)活塞支撐環(huán)壽命延長(zhǎng)到5000 h。

        表1 活塞支撐環(huán)材料特性對(duì)比

        3.3.3 活塞輕量化

        為延長(zhǎng)壓縮機(jī)活塞支撐環(huán)的使用壽命,經(jīng)與廠家溝通后,決定對(duì)壓縮機(jī)一二級(jí)活塞進(jìn)行輕量化改造,結(jié)構(gòu)由原來的整體結(jié)構(gòu)改為分體結(jié)構(gòu),改造后壓縮機(jī)活塞支持環(huán)使用壽命已經(jīng)達(dá)到8000 h。改造情況見表2。

        表2 活塞輕量化改造前后對(duì)比

        4 總結(jié)

        往復(fù)式壓縮機(jī)增設(shè)無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的節(jié)能,對(duì)于大慶煉化公司煉油一廠汽油加氫裝置新氫壓縮機(jī)來說,節(jié)省氫氣的效果和價(jià)值更為明顯。但改造后,由于負(fù)荷較低,造成壓縮機(jī)活塞支撐環(huán)磨損過快,通過升級(jí)壓縮機(jī)活塞支撐環(huán)材料,對(duì)壓縮機(jī)活塞進(jìn)行減重改造,使活塞支撐環(huán)壽命得到有效提升,氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功效得到極大提升。今后的使用中,應(yīng)注意壓縮機(jī)負(fù)荷不應(yīng)處于過低位置,才能在保證設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行的前提下,達(dá)到節(jié)能的效果,實(shí)現(xiàn)效益最大化。

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