徐　迅，占　峰，曹　磊，李曉楠

(浙江晉巨化工有限公司　浙江衢州　324004)

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6M50-305/314H型氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)擴(kuò)缸取消平衡段改造

徐迅，占峰，曹磊，李曉楠

(浙江晉巨化工有限公司浙江衢州324004)

針對(duì)6M50-305/314H型氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)高壓段填料密封和活塞環(huán)存在的問題，采取了擴(kuò)缸及取消平衡段的改造措施。改造后，提產(chǎn)增效，單臺(tái)壓縮機(jī)年增效益79.6萬(wàn)元；減輕了擴(kuò)缸改造對(duì)活塞力的影響，延長(zhǎng)了活塞環(huán)及活塞桿的使用壽命，提升了設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率，達(dá)到了高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、節(jié)能的目的。

氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)平衡段擴(kuò)缸改造

壓縮機(jī)平衡段起源于前蘇聯(lián)的Г型和Л型壓縮機(jī)，隨著壓縮機(jī)制造能力的不斷提高，多列平衡式壓縮機(jī)已成為主流。目前，國(guó)內(nèi)壓縮機(jī)制造工藝解決了高壓段填料密封和活塞環(huán)的問題，其中擴(kuò)缸及取消平衡段的改造有利于節(jié)能增產(chǎn)[1]。

浙江晉巨化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱晉巨化工公司)現(xiàn)采用的6M50-305/314H型氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)為動(dòng)力平衡的6列對(duì)稱平衡M型6級(jí)壓縮機(jī)，其一、二、三、四、五級(jí)氣缸為雙作用結(jié)構(gòu)，六級(jí)氣缸為蓋側(cè)單作用結(jié)構(gòu)，各級(jí)氣缸均獨(dú)占1列。六級(jí)氣缸的機(jī)身側(cè)為平衡段，平衡段出口緩沖器接至六級(jí)套管式水冷器出口。當(dāng)1列中有幾個(gè)級(jí)時(shí)，一般設(shè)計(jì)為差級(jí)式氣缸，平衡段作為補(bǔ)償高低壓級(jí)活塞面積差值所帶力的不平衡而設(shè)計(jì)。壓縮機(jī)帶上平衡段就會(huì)增加泄漏量，且壓縮機(jī)內(nèi)的密封件包括活塞環(huán)、填料、氣閥等都存在一定泄漏，平衡段的泄漏實(shí)質(zhì)為活塞環(huán)泄漏。鑒于該6M50型氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)四、五、六級(jí)打氣量有擴(kuò)大的需求，結(jié)合六級(jí)平衡段問題，晉巨公司決定取消平衡段，對(duì)四、五、六段缸體進(jìn)行擴(kuò)缸改造，并增加五、六段尾桿。

1　尾桿對(duì)壓縮機(jī)的影響

參照石家莊煉油廠加氫車間大加氫裝置壓縮機(jī)的改造案例，其采用PBL公司經(jīng)典機(jī)型4D3+R，改造后的五、六段活塞兩端均設(shè)有活塞桿。蓋側(cè)的活塞桿稱為尾桿，即在循環(huán)端活塞桿上增加1節(jié)尾桿，外帶尾桿填料，平衡了循環(huán)端的前后級(jí)差，增大了反向角，降低了活塞力，從而減小了活塞力對(duì)曲軸的影響。活塞受力面的比壓為氣缸排壓，活塞力不會(huì)單純變化，它與排壓與活塞做功面積有關(guān)。尾桿的設(shè)計(jì)是為了縮小蓋側(cè)力與軸側(cè)力的差，越是高壓級(jí)，尾桿縮小蓋側(cè)力與軸側(cè)力差的作用就越為明顯。

2　改造前設(shè)備狀況

改造前氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)參數(shù)見表1，結(jié)構(gòu)示意見圖1。

表1　改造前氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)參數(shù)

圖1　改造前氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)結(jié)構(gòu)示意

由表1可知，改造前總軸功率約為4 750 kW。

3　改造內(nèi)容

對(duì)壓縮機(jī)四、五、六級(jí)缸體進(jìn)行擴(kuò)缸，增加尾部支撐并取消平衡段，壓縮機(jī)原基礎(chǔ)傳動(dòng)部件、輔機(jī)及一、二、三級(jí)缸體保持不變，要求改造后的壓縮機(jī)技術(shù)性能、安全性、可靠性保持不變。

具體改造內(nèi)容：①四級(jí)缸內(nèi)徑由Ф 350 mm擴(kuò)大至Ф 370 mm，五級(jí)缸的內(nèi)徑由Ф 230 mm擴(kuò)大至Ф 260 mm并帶尾部支撐，六級(jí)缸的內(nèi)徑由Ф 195 mm單作用改為Ф 190 mm雙作用并帶尾部支撐；②五、六級(jí)改造成貫穿活塞桿結(jié)構(gòu)；③五、六級(jí)后增加填料組件及導(dǎo)向套、接筒部件；④六級(jí)增加1組進(jìn)、出口氣閥，取消六級(jí)平衡段；⑤四、五、六級(jí)氣缸改為無(wú)油潤(rùn)滑設(shè)計(jì)，少油潤(rùn)滑操作。改造后氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)參數(shù)見表2，結(jié)構(gòu)示意見圖2。

表2　改造后氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)參數(shù)

圖2　改造后氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)結(jié)構(gòu)示意

由表2可知，改造后總軸功率為4 808 kW。

4　改造效果

4.1計(jì)算公式

根據(jù)各段軸功率的變化并結(jié)合壓縮機(jī)氣缸泄漏的影響因素，在雙作用的氣缸中，除氣閥外，活塞環(huán)的泄漏量最大，其量取決于兩端的壓差Δp。

Δp=pd-ps

(1)

式中：pd——排氣壓力，MPa；

ps——進(jìn)氣壓力，MPa。

活塞環(huán)的泄漏量=0.003×[1+lg(10Δp)]×100%

(2)

填料的泄漏量=0.000 5×lg(10pd)×100%

(3)

4.2改造前后效果對(duì)比

4.2.1改造后

若改造后的四級(jí)進(jìn)氣和排氣壓力分別為1.62 MPa和4.50 MPa，根據(jù)式(2)和式(3)，可得出改造后四級(jí)活塞環(huán)和填料的泄漏量分別為0.738%和0.083%。由表2可知，活塞環(huán)四級(jí)軸功率為854 kW，則活塞環(huán)的泄漏功耗=854×0.738%=6.303(kW)，填料的泄漏功耗=854×0.083%=0.709(kW)。同理，可計(jì)算出改造后各級(jí)活塞環(huán)及填料的泄漏情況，結(jié)果如表3所示。

表3　改造后各級(jí)活塞環(huán)及填料泄漏情況

由表3可知，改造后一至六級(jí)活塞環(huán)泄漏總功耗為31.894 kW，填料泄漏總功耗為3.383 kW。

已知改造后壓縮機(jī)進(jìn)、出口壓力無(wú)明顯變化，根據(jù)擴(kuò)缸后缸體內(nèi)徑變化以及改造前一段進(jìn)口壓力在12 kPa時(shí)的打氣量為305 m3/min(標(biāo)態(tài))，在實(shí)際氣缸進(jìn)、出口工藝氣體同溫、同壓且各級(jí)氣缸余隙不變的條件下，可得出改造后的打氣量約為340 m3/min(標(biāo)態(tài))。去除各段泄漏后，改造后的打氣量為340×(1-一級(jí)泄漏總量)×(1-二級(jí)泄漏總量)×(1-三級(jí)泄漏總量)×(1-四級(jí)泄漏總量)×(1-五級(jí)泄漏總量)×(1-六級(jí)泄漏總量)=325.38 m3/min(標(biāo)態(tài))。

4.2.2改造前

根據(jù)表1參數(shù)以及式(2)和式(3)，可計(jì)算出改造前各級(jí)活塞環(huán)及填料泄漏情況，結(jié)果如表4所示。

由表4可知：改造前一至六級(jí)活塞環(huán)泄漏總功耗為31.467 kW，填料泄漏總功耗為3.345 kW。

同理，根據(jù)表4改造前運(yùn)行功率最低時(shí)去除各段泄漏后的實(shí)際打氣量為291.89 m3/min(標(biāo)態(tài))，泄漏量約為13.11 m3/min(標(biāo)態(tài))。晉巨化工公司6M50機(jī)六級(jí)平衡段并非級(jí)間平衡段，故改造前六級(jí)泄漏總量理論上不會(huì)比改造后的雙作用六級(jí)缸大。

表4　改造前各級(jí)活塞環(huán)及填料泄漏情況

4.2.3改造前后對(duì)比

(1)改造后，單位時(shí)間泄漏所消耗的軸功率較改造前增加：31.894+3.383-31.467-3.345=0.465(kW)。

(2)改造前，運(yùn)行功率最低時(shí)的打氣量為291.89 m3/min(標(biāo)態(tài))，折合17 513.4 m3/h(標(biāo)態(tài))，按噸氨消耗半水煤氣3 300 m3(標(biāo)態(tài))計(jì)，折算成氨生產(chǎn)能力為5.307 t/h，則單機(jī)噸氨電耗為895.04 kW·h。改造后，運(yùn)行功率最低時(shí)打氣量為 325.38 m3/min(標(biāo)態(tài))，折合19 522.8 m3/h(標(biāo)態(tài))；受一、二、三級(jí)氣缸未進(jìn)行擴(kuò)缸改造的限制，總體打氣量下降5%，即309.11 m3/min(標(biāo)態(tài))，折合18 546.6 m3/h(標(biāo)態(tài))，折氨生產(chǎn)能力為5.620 t/h，則單機(jī)噸氨電耗為855.52 kW·h。

5　結(jié)語(yǔ)

(1)改造后，單機(jī)噸氨電耗下降39.52 kW·h。按年運(yùn)行時(shí)間8 000 h、壓縮機(jī)運(yùn)行率89.6%、電費(fèi)0.5元/(kW·h)計(jì)，則單臺(tái)壓縮機(jī)改造后全年估算可產(chǎn)生的效益約為79.6萬(wàn)元。

(2)改造后，消除了壓縮機(jī)六級(jí)平衡段所帶來(lái)泄漏量的無(wú)用功耗，在設(shè)備擴(kuò)缸改造的同時(shí)降低了噸氨工藝氣泄漏功耗。

(3)因活塞力得到改善，故延長(zhǎng)了各運(yùn)動(dòng)部件的使用周期，同時(shí)減輕了壓縮機(jī)的振動(dòng)，使壓縮機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)，提升了設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率，達(dá)到了高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、節(jié)能的目的。

[1]范建軍.合成氨壓縮機(jī)中的平衡段[J].海峽科學(xué)，2011(3)：28-30.

Cylinder Diameter Enlargement and Removing Balancing Stage Renovation of 6M50-305/314H Hydrogen Nitrogen Mixture Compressor

XU Xun, ZHAN Feng, CAO Lei, LI Xiaonan

(Zhejiang Jinju Chemical Co., Ltd.Zhejiang Quzhou324004)

In connection with problems of 6M50-305/314H hydrogen nitrogen mixture compressor such as packing seal and piston ring at high pressure section, transformation measures of cylinder diameter enlargement and removing balancing stage are taken. After the revamp, production and benefit are promoted, a single set of compressor increases benefit 796 000 yuan; the impact of cylinder diameter enlargement reform on piston force is reduced, the service life of piston ring and piston rod is prolonged, the operation rate of equipment is improved and the aims of high and stable production, and energy efficiency are achieved.

hydrogen nitrogen mixture compressorbalancing stagecylinder diameter enlargementrenovation

本文作者的聯(lián)系方式：zhanfeng1989@126.com

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1006-7779(2016)03-0059-03

2016-04-06)