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4M20型脫硫閃蒸氣壓縮機(jī)運(yùn)行優(yōu)化及改造

陳振文孫興輝

(山東兗礦魯南化工有限公司山東滕州277527 )

1壓縮機(jī)運(yùn)行現(xiàn)狀

山東兗礦魯南化工有限公司凈化工段共有2臺(tái)4M20- 61/0.3- 3+90/3- 10型脫硫閃蒸氣壓縮機(jī)(1開(kāi)1備)，為四列二級(jí)壓縮對(duì)稱型壓縮機(jī)，閃蒸氣均先由其一級(jí)氣缸壓縮提壓至0.3 MPa，再進(jìn)入二級(jí)氣缸提壓至1.0 MPa。2臺(tái)脫硫壓縮機(jī)運(yùn)行初期均不穩(wěn)定，壓縮機(jī)打氣量達(dá)不到設(shè)計(jì)值，不能滿足工藝需求；另外，中體填料處H2S泄漏嚴(yán)重，H2S竄入潤(rùn)滑油箱造成潤(rùn)滑油變質(zhì)、H2S腐蝕油泵電機(jī)線圈，現(xiàn)場(chǎng)氣體中H2S含量嚴(yán)重超標(biāo)。

2壓縮機(jī)優(yōu)化改造

2.1活塞環(huán)優(yōu)化改造

活塞環(huán)的材質(zhì)選擇聚四氟乙烯，活塞環(huán)結(jié)構(gòu)根據(jù)《活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》關(guān)于活塞環(huán)結(jié)構(gòu)的規(guī)定設(shè)計(jì)，中型壓縮機(jī)都采用整環(huán)開(kāi)口設(shè)計(jì)；填充聚四氟乙烯活塞環(huán)一般制成矩形截面的開(kāi)口環(huán)。

根據(jù)活塞環(huán)為開(kāi)口圓環(huán)，在自由狀態(tài)下，其外徑大于氣缸的內(nèi)徑，裝入氣缸后，環(huán)徑縮小，僅在切口處留下一個(gè)熱膨脹間隙。活塞環(huán)開(kāi)口間隙值K根據(jù)材料的熱膨脹系數(shù)a(不考慮氣缸的膨脹)進(jìn)行計(jì)算：

K=3.14Da(t1-t2)

式中:D——?dú)飧字睆?，mm；

a——活塞環(huán)材料的線膨脹系數(shù)，℃-1；

t1——活塞環(huán)最高工作氣溫(可取排氣溫度)，℃；

t2——活塞環(huán)加工檢驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度，℃；

K——活塞環(huán)開(kāi)口間隙值，mm。

根據(jù)GB 1036—1970中對(duì)聚四氟乙烯線膨脹系數(shù)的規(guī)定，可以查得在20～150 ℃時(shí)，a=11.4×10-5℃-1，D=750 mm，t2取20 ℃，t1取147 ℃(正常排氣溫度)，則：

K=3.14×750×11.4×10-5×(147-20)

=0.97(mm)

活塞環(huán)軸向高度H=(0.5～1.0)T=9.13～18.26(mm)。

當(dāng)聚四氟乙烯活塞環(huán)軸向高度過(guò)小時(shí),易折斷，壽命短，因此，選取軸向高度H=15 mm?；钊h(huán)數(shù)目根據(jù)活塞環(huán)前、后氣體壓差選擇(見(jiàn)表1)。

表1活塞環(huán)前、后氣體壓差與活塞環(huán)數(shù)目的關(guān)系

壓差Δp/MPa<1約35~1010~1515~20環(huán)數(shù)N/個(gè)2~4約55~65~75~7

從表1可以看出，活塞環(huán)前、后氣體壓差<1 MPa時(shí)，可設(shè)計(jì)選取3個(gè)活塞環(huán)。根據(jù)上述方法，計(jì)算出另外三段缸活塞環(huán)的數(shù)量以及尺寸。

2.2設(shè)計(jì)N2隔離器，預(yù)防H2S泄漏

雖然對(duì)活塞環(huán)進(jìn)行重新優(yōu)化設(shè)計(jì)，但是密封不是絕對(duì)的，由于填料密封泄漏，導(dǎo)致氣缸內(nèi)富含H2S的閃蒸氣竄入中間接筒處，造成中間接筒處填料環(huán)潤(rùn)滑油嚴(yán)重腐蝕變質(zhì)，并且在填料內(nèi)結(jié)垢形成油泥，密封效果極差。H2S竄入曲軸箱內(nèi)會(huì)污染潤(rùn)滑油，大大影響壓縮機(jī)的運(yùn)行周期，并且現(xiàn)場(chǎng)H2S濃度過(guò)高，嚴(yán)重威脅巡檢人員的安全。

經(jīng)查閱圖紙確認(rèn)，脫硫壓縮機(jī)接筒端空間有富余，建議在接筒側(cè)密封環(huán)處增設(shè)保護(hù)氮?dú)?，以阻止H2S竄入曲軸箱內(nèi)。根據(jù)對(duì)氣體充壓密封的了解，在脫硫壓縮機(jī)的中間接筒處增設(shè)了N2隔離器，即利用填料函的形式在中體部位通入1.0 MPa(根據(jù)氣缸的排氣壓力確定)的N2用于隔離，N2阻止了因填料失效泄漏的H2S氣體竄入中體和曲軸箱，杜絕H2S侵入潤(rùn)滑油，延長(zhǎng)了潤(rùn)滑油的使用壽命，減輕H2S向大氣中泄漏，保護(hù)環(huán)境。

2.3壓縮機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì)

針對(duì)壓縮機(jī)出現(xiàn)夏季油溫居高不下、油品變質(zhì)快、油泵電機(jī)頻繁出現(xiàn)線圈腐蝕跳車(chē)等問(wèn)題，對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)。

2.3.1更換油冷換熱器

壓縮機(jī)油冷器為列管式換熱器，其換熱面積為16 m2。在夏季，由于氣溫的上升，油池溫度達(dá)50 ℃以上。潤(rùn)滑油的油溫高，不能及時(shí)帶走壓縮機(jī)各運(yùn)轉(zhuǎn)部件的摩擦熱，嚴(yán)重影響了油壓和壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。為提高油冷器的換熱效果，將油冷器更換成換熱面積40 m2的板式換熱器。

2.3.2重新設(shè)計(jì)稀油站齒輪油泵支架

脫硫閃蒸氣壓縮機(jī)稀油站的齒輪油泵電機(jī)頻繁故障跳車(chē)。根據(jù)對(duì)稀油站油質(zhì)以及油箱內(nèi)氣體成分分析，發(fā)現(xiàn)稀油站內(nèi)有揮發(fā)性的H2S氣體。H2S氣體遇水有腐蝕性，對(duì)電機(jī)的線圈會(huì)造成腐蝕，因而會(huì)出現(xiàn)電機(jī)頻繁發(fā)生故障的現(xiàn)象。原有齒輪油泵支架為鏤空式，油箱內(nèi)氣體可以竄到電機(jī)內(nèi)，因此，對(duì)油泵支架重新設(shè)計(jì)，改為全面密封式，杜絕H2S氣體揮發(fā)腐蝕電機(jī)。

圖1　油泵支架具體設(shè)計(jì)示意

由于需保證油泵支架上下連接面的密封以及同軸度，決定自行設(shè)計(jì)加工。為節(jié)約成本，將油泵支架設(shè)計(jì)成3個(gè)部分，并且在上下連接面都加工凹槽與中間連接管相配合，裝配后再焊接。油泵支架具體設(shè)計(jì)示意見(jiàn)圖1(圖中上下蓋板的槽寬與Φ219 mm不銹鋼管的壁厚相對(duì)應(yīng)，保證短管能夠放到槽內(nèi))。

2.3.3設(shè)計(jì)U形潤(rùn)滑油回油管路

由于曲軸箱內(nèi)存在殘留的H2S氣體，原曲軸箱回稀油站油管路為一條幾乎水平的管道，因此H2S氣體會(huì)隨著潤(rùn)滑油一起到達(dá)稀油站，污染油質(zhì)。由于曲軸箱內(nèi)H2S氣體是常壓氣體，在曲軸箱至稀油站之間設(shè)計(jì)U形管，在U形管處形成油封，杜絕了曲軸箱內(nèi)殘存的少量H2S竄入稀油站。

3結(jié)語(yǔ)

本次所有改造費(fèi)用約為35萬(wàn)元。脫硫閃蒸氣壓縮機(jī)改造完成后，運(yùn)行比較平穩(wěn)，能滿足工藝需求，現(xiàn)場(chǎng)H2S氣體氣味明顯減輕，不僅保護(hù)環(huán)境，更有利于保證現(xiàn)場(chǎng)操作人員人身安全。

(收到修改稿日期2015- 06- 24)