張玉琪，許賢文(陜煤集團(tuán)榆林化學(xué)有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

長(zhǎng)期以來(lái)，中國(guó)石油化工企業(yè)對(duì)于工藝用壓縮機(jī)，在節(jié)能降耗方面并沒(méi)有予以足夠的重視，石油化工企業(yè)中的相關(guān)技術(shù)、管理人員，只單純的重視運(yùn)行中的安全性以及可靠性，缺乏對(duì)于經(jīng)濟(jì)層面的分析探討。由此，提升工藝用壓縮機(jī)在生產(chǎn)中的能力，減少運(yùn)行中的經(jīng)濟(jì)成本消耗，是石油化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)提升產(chǎn)能、降低生產(chǎn)設(shè)備能耗目標(biāo)的重要手段，其中挖掘工藝用壓縮機(jī)在節(jié)能方面的潛力具有至關(guān)重要的作用，也是促進(jìn)石油化工企業(yè)在未來(lái)實(shí)現(xiàn)健康、長(zhǎng)遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

1 氣閥是影響工藝用壓縮機(jī)能耗的關(guān)鍵因素

氣閥是壓縮機(jī)重要組成組件，其質(zhì)量以及性能會(huì)對(duì)壓縮機(jī)在運(yùn)行中的能耗造成直接影響，對(duì)于生產(chǎn)流程也會(huì)造成不同程度的影響。現(xiàn)階段，氣閥使用壽命較短，是石化企業(yè)亟待攻克的一個(gè)技術(shù)難題。如果這一難題得到有效解決，就可以延長(zhǎng)石油化工領(lǐng)域的大型壓縮機(jī)的使用壽命，在節(jié)能降耗方面也可以起到至關(guān)重要的作用。

根據(jù)化工行業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)，工藝用壓縮機(jī)氣閥在耗能所造成的影響體現(xiàn)在兩方面：第一，氣閥阻力受損會(huì)影響壓縮機(jī)的功率；第二，氣閥使用壽命短，給安全生產(chǎn)帶來(lái)影響，生產(chǎn)設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)故障，導(dǎo)致停車，從而對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)在備件、物料、人工等方面帶來(lái)了不同程度的損失。

1.1 影響氣閥能耗以及使用時(shí)長(zhǎng)的原因

事實(shí)證明，氣閥應(yīng)用時(shí)間短，通常情況下都是因?yàn)殚y片在運(yùn)動(dòng)時(shí)不符合規(guī)律所導(dǎo)致。按照具體情況，通過(guò)觀察拆解下來(lái)的破損的氣閥可以發(fā)現(xiàn)，破壞形式通常情況下都是閥簧、閥片出現(xiàn)斷裂。而閥片出現(xiàn)斷裂的情況，通常都是徑向斷裂。通過(guò)對(duì)斷口裂紋的破損情況進(jìn)行研究，可以斷定閥片出現(xiàn)斷裂的原因大部分都是由于撞擊過(guò)于頻繁所導(dǎo)致的。這就表明氣閥中的彈簧力度設(shè)計(jì)不科學(xué)，力度不論是過(guò)大還是過(guò)小，對(duì)于閥片在運(yùn)動(dòng)中的規(guī)律都會(huì)造成一定程度的影響，最終對(duì)氣閥在使用時(shí)長(zhǎng)、能量損耗方面造成直接影響。因此，要想提升氣閥在應(yīng)用中的時(shí)長(zhǎng)以及降低能量損耗，關(guān)鍵要素就是氣閥的彈簧力。

(1)工藝用壓縮機(jī)在運(yùn)行中的實(shí)際情況通常比較復(fù)雜，普遍原因都是受到化工程序出現(xiàn)更改，從而發(fā)生波動(dòng)，一旦不穩(wěn)定工況持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而且額定壓力出現(xiàn)較大偏差時(shí)，一定會(huì)導(dǎo)致閥片運(yùn)動(dòng)的規(guī)律出現(xiàn)變化，從而致使閥片出現(xiàn)延遲關(guān)閉、顫振。

(2)工業(yè)用壓縮機(jī)在運(yùn)行中如果長(zhǎng)期低于設(shè)計(jì)工況，氣閥中的彈簧力度較大，閥片在運(yùn)動(dòng)中就會(huì)發(fā)生顫振。最終導(dǎo)致撞擊的頻率以及次數(shù)增加，損失急劇上升，導(dǎo)致使用時(shí)長(zhǎng)降低[1]。

1.2 優(yōu)化方法

根據(jù)實(shí)際工藝程序，對(duì)于氣閥發(fā)生破損的原因分析發(fā)現(xiàn)，在造成影響的所有因素中，氣閥彈簧力對(duì)于提升氣閥應(yīng)用時(shí)長(zhǎng)、減少流動(dòng)阻力流失是一個(gè)重要參數(shù)。由此優(yōu)化的重點(diǎn)就是，要按照工藝用壓縮機(jī)在長(zhǎng)期運(yùn)行中的實(shí)際情況，對(duì)于氣閥在結(jié)構(gòu)參數(shù)方面進(jìn)行改進(jìn)，重新針對(duì)氣閥彈簧力進(jìn)行確定，讓閥片在運(yùn)動(dòng)中可以維持一個(gè)相對(duì)良好的規(guī)律，從而讓氣閥的使用時(shí)長(zhǎng)得到有效延長(zhǎng)，盡量讓壓縮機(jī)在運(yùn)行中的穩(wěn)定性得到有效增強(qiáng)，最終實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)節(jié)能降耗的效果。

針對(duì)上述高壓級(jí)別的排氣閥，結(jié)合運(yùn)行中的實(shí)際情況，對(duì)于結(jié)構(gòu)的原本參數(shù)進(jìn)行合理修正，針對(duì)氣閥在彈簧力方面重新做出調(diào)節(jié)，讓氣閥功率在損失方面得到降低，讓閥片在運(yùn)動(dòng)中的規(guī)律更符合科學(xué)性，也讓使用時(shí)長(zhǎng)提升2～3倍。此外，提升使用時(shí)長(zhǎng)，延長(zhǎng)安全運(yùn)行的時(shí)間，降低故障停車帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，可以有效節(jié)省檢修以及備件過(guò)程中的費(fèi)用，至少能提升高于3%的生產(chǎn)能力，每年節(jié)約能耗以及效率增加可以達(dá)到2%～3%，還能夠在經(jīng)濟(jì)以及社會(huì)層面收獲更好的效益[2]。

2 活塞環(huán)對(duì)耗能造成的影響

對(duì)于活塞壓縮機(jī)而言，活塞環(huán)是其中一個(gè)重要部件，但易損性極高。其壽命、性能和生產(chǎn)系統(tǒng)在效益及產(chǎn)量方面有直接聯(lián)系，會(huì)對(duì)于系統(tǒng)在生產(chǎn)順序方面造成直接影響。因此，現(xiàn)階段針對(duì)活塞環(huán)在使用壽命上進(jìn)行提升，并對(duì)活塞環(huán)在摩擦特性方面進(jìn)行優(yōu)化以及完善，對(duì)工藝壓縮機(jī)的創(chuàng)新而言至關(guān)重要?，F(xiàn)階段活塞壓縮機(jī)氣缸的潤(rùn)滑方式有油潤(rùn)滑、無(wú)油潤(rùn)滑兩種方式。

在有油潤(rùn)滑壓縮機(jī)中，鑄鐵活塞環(huán)是應(yīng)用最多的一個(gè)材料，主要的優(yōu)點(diǎn)是，活塞環(huán)為金屬，而且應(yīng)用有油潤(rùn)滑在摩擦層面造成的損失小，導(dǎo)熱性能好，潤(rùn)滑油還能夠達(dá)到密封的效果，而且還可以?shī)A帶一些活塞環(huán)與氣缸之間產(chǎn)生摩擦，從而出現(xiàn)熱量。缺點(diǎn)是壓縮氣體中包含潤(rùn)滑油壓縮的介質(zhì)，會(huì)受到不同程度的污染。

在無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)中，填充聚四氟乙烯的活塞環(huán)是應(yīng)用最多的一種材質(zhì)。主要優(yōu)點(diǎn)是壓縮氣體不會(huì)受到空氣的污染，缺點(diǎn)就是材質(zhì)強(qiáng)度會(huì)受到一定的限制，泄漏量以及摩擦功率高。因此，工藝氣體如果針對(duì)純度和壓力沒(méi)有過(guò)高要求，尤其是對(duì)壓力要求不高的，可以使用少油潤(rùn)滑的方法對(duì)其缺點(diǎn)進(jìn)行彌補(bǔ)，就是指活塞環(huán)使用填充聚酰胺材料，通過(guò)少量潤(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑的方法。此方法就綜合性而言，能夠在經(jīng)濟(jì)性、可靠性方面收獲更好的效果。

2.1 活塞環(huán)中摩擦以及機(jī)械二者之間的性能比較

針對(duì)經(jīng)典活塞環(huán)普遍應(yīng)用的材料，在機(jī)械能方面進(jìn)行分析比對(duì)。填充聚酰胺材料的機(jī)械強(qiáng)度要比鑄鐵的材料強(qiáng)度高?；钊h(huán)主要承受的力度有剪切力、壓力，尤其是高壓機(jī)中的活塞環(huán)，因?yàn)檫吘墘毫Σ町愝^高，活塞環(huán)應(yīng)用的材料在強(qiáng)度方面就至關(guān)重要。因此，針對(duì)工藝用壓縮機(jī)中的高壓機(jī)活塞環(huán)，通常情況下會(huì)使用填充聚酰胺材料，此材料能夠合理提升設(shè)備得使用壽命。

對(duì)活塞環(huán)的材料以及高壓氣缸應(yīng)用的碳鋼材料展開對(duì)磨，從而在摩擦方面對(duì)特性進(jìn)行比較，在摩擦試驗(yàn)機(jī)器上，對(duì)活塞環(huán)以及氣缸二者之間的摩擦情況進(jìn)行模擬。模擬時(shí)主要包含3種方式：填充聚四氟乙烯的活塞環(huán)在碳鋼氣鋼無(wú)油條件下進(jìn)行的潤(rùn)滑、填充聚酰胺的活塞環(huán)在碳鋼氣鋼應(yīng)用正常潤(rùn)滑油料的1/2所開展的潤(rùn)滑、鑄鐵活塞環(huán)在碳鋼氣鋼正常油量下進(jìn)行的潤(rùn)滑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 摩擦特性曲線對(duì)比

按照3種潤(rùn)滑條件，不同情況下開展的對(duì)磨，發(fā)現(xiàn)3種材料在摩擦方面的性能沒(méi)有太大差異。但應(yīng)用填充聚酰胺作為活塞環(huán)的材料，并進(jìn)行少油潤(rùn)滑時(shí)，優(yōu)勢(shì)是填充聚酰胺在機(jī)械層面的強(qiáng)度更高、耐溫性強(qiáng)，可以讓潤(rùn)滑油得到合理節(jié)省。尤其是適合應(yīng)用在工藝壓縮機(jī)中的高壓機(jī)活塞環(huán)，活塞側(cè)邊的壓力差值相對(duì)較大時(shí)，就表示機(jī)械強(qiáng)度越好，可以讓應(yīng)用時(shí)長(zhǎng)壽命得到有效增加[3]。

2.2 運(yùn)行結(jié)果以及研究

在合成氨系統(tǒng)中，對(duì)工藝壓縮機(jī)的5級(jí)、6級(jí)活塞環(huán)進(jìn)行了改造。活塞環(huán)側(cè)邊壓力最大差值可以達(dá)到10～14 MPa，圓柱體活塞環(huán)使用有油潤(rùn)滑，通常情況下會(huì)出現(xiàn)斷裂或者破壞，使用中的時(shí)長(zhǎng)只有3 000 h。對(duì)于活塞環(huán)質(zhì)量進(jìn)行更改，應(yīng)用填充聚酰胺，并且在降低一半潤(rùn)滑油的情況下進(jìn)行，可以獲取更好的效果。

相較于有油潤(rùn)滑而言，潤(rùn)滑油對(duì)氣體造成的污染會(huì)減小。從而讓活塞環(huán)在強(qiáng)度方面得到合理保障，并對(duì)活塞環(huán)通常發(fā)生的損壞、破裂等問(wèn)題進(jìn)行合理解決。讓使用時(shí)長(zhǎng)可以提升2～3倍左右時(shí)間，超過(guò)8 000 h?，F(xiàn)階段，每一年僅僅是在故障停車、節(jié)約檢修方面導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失，就已經(jīng)超過(guò)20萬(wàn)元。由此針對(duì)高壓級(jí)的活塞環(huán)壓縮機(jī)中添加微量的潤(rùn)滑油，針對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)以及產(chǎn)品質(zhì)量不會(huì)造成太大影響的狀況下，盡最大可能應(yīng)用填充聚酰胺的少油潤(rùn)滑方法。此方案所用到的材料性能較好，省油、省功、少泄漏，可以讓應(yīng)用時(shí)長(zhǎng)得到有效提升，讓產(chǎn)量得到增加。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，要想讓工藝用壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減耗，就需要根據(jù)化工生產(chǎn)中的實(shí)際情況，按照常見故障、壓縮介質(zhì)運(yùn)行工況等，對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行深層次的優(yōu)化以及完善，并對(duì)特殊部件在結(jié)構(gòu)參數(shù)方面進(jìn)行分析，從而達(dá)到降低功率損耗、延長(zhǎng)機(jī)器運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、提高容易損耗部件使用壽命、節(jié)約潤(rùn)滑油、節(jié)水、省功等目的。降低因?yàn)楣收贤＼?、備件更換以及對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)造成的一系列經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)潤(rùn)滑情況進(jìn)行優(yōu)化，降低泄漏現(xiàn)象、提升排氣量，最終讓產(chǎn)量得到提升，讓生產(chǎn)裝置在經(jīng)濟(jì)層面的效益得到提高。