6M50-305/314H型氫氮氣壓縮機擴缸取消平衡段改造

徐　迅，占　峰，曹　磊，李曉楠

(浙江晉巨化工有限公司　浙江衢州　324004)

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6M50-305/314H型氫氮氣壓縮機擴缸取消平衡段改造

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6M50-305/314H型氫氮氣壓縮機高壓段填料密封和活塞環(huán)存在的問題，采取了擴缸及取消平衡段的改造措施。改造后，提產(chǎn)增效，單臺壓縮機年增效益79.6萬元；減輕了擴缸改造對活塞力的影響，延長了活塞環(huán)及活塞桿的使用壽命，提升了設備的運轉率，達到了高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、節(jié)能的目的。

氫氮氣壓縮機平衡段擴缸改造

壓縮機平衡段起源于前蘇聯(lián)的Г型和Л型壓縮機，隨著壓縮機制造能力的不斷提高，多列平衡式壓縮機已成為主流。目前，國內(nèi)壓縮機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(以下簡稱晉巨化工公司)現(xiàn)采用的6M50-305/314H型氫氮氣壓縮機為動力平衡的6列對稱平衡M型6級壓縮機，其一、二、三、四、五級氣缸為雙作用結構，六級氣缸為蓋側單作用結構，各級氣缸均獨占1列。六級氣缸的機身側為平衡段，平衡段出口緩沖器接至六級套管式水冷器出口。當1列中有幾個級時，一般設計為差級式氣缸，平衡段作為補償高低壓級活塞面積差值所帶力的不平衡而設計。壓縮機帶上平衡段就會增加泄漏量，且壓縮機內(nèi)的密封件包括活塞環(huán)、填料、氣閥等都存在一定泄漏，平衡段的泄漏實質(zhì)為活塞環(huán)泄漏。鑒于該6M50型氫氮氣壓縮機四、五、六級打氣量有擴大的需求，結合六級平衡段問題，晉巨公司決定取消平衡段，對四、五、六段缸體進行擴缸改造，并增加五、六段尾桿。

1　尾桿對壓縮機的影響

參照石家莊煉油廠加氫車間大加氫裝置壓縮機的改造案例，其采用PBL公司經(jīng)典機型4D3+R，改造后的五、六段活塞兩端均設有活塞桿。蓋側的活塞桿稱為尾桿，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)端的前后級差，增大了反向角，降低了活塞力，從而減小了活塞力對曲軸的影響?；钊芰γ娴谋葔簽闅飧着艍?，活塞力不會單純變化，它與排壓與活塞做功面積有關。尾桿的設計是為了縮小蓋側力與軸側力的差，越是高壓級，尾桿縮小蓋側力與軸側力差的作用就越為明顯。

2　改造前設備狀況

改造前氫氮氣壓縮機參數(shù)見表1，結構示意見圖1。

表1　改造前氫氮氣壓縮機參數(shù)

圖1　改造前氫氮氣壓縮機結構示意

由表1可知，改造前總軸功率約為4 750 kW。

3　改造內(nèi)容

對壓縮機四、五、六級缸體進行擴缸，增加尾部支撐并取消平衡段，壓縮機原基礎傳動部件、輔機及一、二、三級缸體保持不變，要求改造后的壓縮機技術性能、安全性、可靠性保持不變。

具體改造內(nèi)容：①四級缸內(nèi)徑由Ф 350 mm擴大至Ф 370 mm，五級缸的內(nèi)徑由Ф 230 mm擴大至Ф 260 mm并帶尾部支撐，六級缸的內(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、六級改造成貫穿活塞桿結構；③五、六級后增加填料組件及導向套、接筒部件；④六級增加1組進、出口氣閥，取消六級平衡段；⑤四、五、六級氣缸改為無油潤滑設計，少油潤滑操作。改造后氫氮氣壓縮機參數(shù)見表2，結構示意見圖2。

表2　改造后氫氮氣壓縮機參數(shù)

圖2　改造后氫氮氣壓縮機結構示意

由表2可知，改造后總軸功率為4 808 kW。

4　改造效果

4.1計算公式

根據(jù)各段軸功率的變化并結合壓縮機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改造前后效果對比

4.2.1改造后

若改造后的四級進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，可計算出改造后各級活塞環(huán)及填料的泄漏情況，結果如表3所示。

表3　改造后各級活塞環(huán)及填料泄漏情況

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

已知改造后壓縮機進、出口壓力無明顯變化，根據(jù)擴缸后缸體內(nèi)徑變化以及改造前一段進口壓力在12 kPa時的打氣量為305 m3/min(標態(tài))，在實際氣缸進、出口工藝氣體同溫、同壓且各級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(標態(tài))。去除各段泄漏后，改造后的打氣量為340×(1-一級泄漏總量)×(1-二級泄漏總量)×(1-三級泄漏總量)×(1-四級泄漏總量)×(1-五級泄漏總量)×(1-六級泄漏總量)=325.38 m3/min(標態(tài))。

4.2.2改造前

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

由表4可知：改造前一至六級活塞環(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改造前運行功率最低時去除各段泄漏后的實際打氣量為291.89 m3/min(標態(tài))，泄漏量約為13.11 m3/min(標態(tài))。晉巨化工公司6M50機六級平衡段并非級間平衡段，故改造前六級泄漏總量理論上不會比改造后的雙作用六級缸大。

表4　改造前各級活塞環(huán)及填料泄漏情況

4.2.3改造前后對比

(1)改造后，單位時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，運行功率最低時的打氣量為291.89 m3/min(標態(tài))，折合17 513.4 m3/h(標態(tài))，按噸氨消耗半水煤氣3 300 m3(標態(tài))計，折算成氨生產(chǎn)能力為5.307 t/h，則單機噸氨電耗為895.04 kW·h。改造后，運行功率最低時打氣量為 325.38 m3/min(標態(tài))，折合19 522.8 m3/h(標態(tài))；受一、二、三級氣缸未進行擴缸改造的限制，總體打氣量下降5%，即309.11 m3/min(標態(tài))，折合18 546.6 m3/h(標態(tài))，折氨生產(chǎn)能力為5.620 t/h，則單機噸氨電耗為855.52 kW·h。

5　結語

(1)改造后，單機噸氨電耗下降39.52 kW·h。按年運行時間8 000 h、壓縮機運行率89.6%、電費0.5元/(kW·h)計，則單臺壓縮機改造后全年估算可產(chǎn)生的效益約為79.6萬元。

(2)改造后，消除了壓縮機六級平衡段所帶來泄漏量的無用功耗，在設備擴缸改造的同時降低了噸氨工藝氣泄漏功耗。

(3)因活塞力得到改善，故延長了各運動部件的使用周期，同時減輕了壓縮機的振動，使壓縮機運行更加平穩(wěn)，提升了設備的運轉率，達到了高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、節(jié)能的目的。

[1]范建軍.合成氨壓縮機中的平衡段[J].海峽科學，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)