高壓等溫多軸高速離心式壓縮機國產化應用

李丁丁

(河南能源集團鶴壁煤化工有限公司，河南鶴壁 458000)

鶴壁煤電股份有限公司(以下簡稱鶴壁煤電)煤化工甲醇裝置技術先進、工藝復雜、設備要求高，采用目前國際先進的殼牌氣化工藝進行生產。在我國同類型煤化工項目中氮氣壓縮機大都采用往復式壓縮機，而往復式壓縮機出口氣體帶油，這在殼牌煤氣化工藝中會嚴重影響氣化爐燒嘴的壽命和氧氣管道的安全，是制約往復式氮壓機在煤氣化工藝使用的一個主要原因。

另外，往復式壓縮機還有效率低、單機打氣量小、運行周期短、維護費用高、占地面積大、脈沖大、輸氣不穩(wěn)定等缺點。而多軸離心式壓縮機有效地克服了往復式壓縮機的以上不足，為了保證煤化工裝置能夠安全、穩(wěn)定、長周期運行，并降低建設、使用、維護及保養(yǎng)成本，鶴壁煤電采用西安交大賽爾機泵成套設備有限責任公司自主研發(fā)的6BGH38型等溫多軸離心式壓縮機(以下簡稱氮壓機)，氮壓機使用現(xiàn)場如圖1所示。

1 氮壓機技術概況

6BGH38型等溫多軸離心式壓縮機出口壓力為8.2 MPa，最高轉速為30 666 r/min，驅動電機功率為5 800 kW，為目前國內制造并投入生產使用壓力等級、轉速最高的離心式壓縮機。

該機組為整體齒輪型離心式壓縮機，低速軸轉子和高速軸轉子及大齒輪軸水平方向平行布置，采用六級等溫壓縮。機組由主電機、壓縮機主機、供油裝置、氣體冷卻器及油、氣管路系統(tǒng)組成。

圖1 氮壓機現(xiàn)場

1.1 壓縮機主機

壓縮機主機由進氣導葉機構、蝸殼、高低速轉子、大齒輪軸、齒輪箱體、軸承、密封器等組成。氣體從導葉進入第1級葉輪，經高速旋轉的葉輪壓縮后提高壓力，并以較高流速進入擴壓器中，氣體在擴壓器中流速降低，壓力進一步升高后由蝸殼匯集，由排氣管送出，經氣體冷卻器冷卻后，再進入下一級葉輪壓縮。主機的動力由大齒輪軸與主電機之間的疊片式撓性聯(lián)軸器傳遞。

1.2 轉子

轉子為壓縮機的高速轉動件，分低速軸轉子、高速軸轉子及大齒輪軸。大齒輪和齒輪軸采用過盈連接，低速軸轉子、高速軸轉子包括葉輪、齠輪、聯(lián)接螺栓等零件。六級葉輪均為閉式結構，裝拆時須注意葉輪與軸結合處的成對標記。轉子經動平衡校驗合格。

1.3 齒輪箱體

齒輪箱體采用焊接結構，沿齒輪軸線的水平面將箱體成上、下兩部分，上部為箱蓋，下部為箱座。大齒輪采用硬齒面漸開線斜齒輪，其中齒輪軸為優(yōu)質合金鋼；小齒輪及軸采用整體結構，選用滲碳鋼，齒面經滲碳處理，以提高其硬度，經磨齒提高精度。

1.4 蝸殼、軸承及密封器

蝸殼體為鑄件，通過螺栓與齒輪箱體連接，蝸殼體與齒輪箱體采用錐銷進行定位。

大齒輪軸支承軸承采用剖分式錯位軸承，高、低速轉子支承軸承采用可傾瓦軸承，葉輪的軸向力通過各高、低速轉子上的止推環(huán)傳遞給大齒輪軸，由支承大齒輪軸的止推軸承來承擔，軸承體采用低碳鋼制造，其軸襯為巴氏合金。

氣封采用整體迷宮式密封加巴氏合金。油封采用水平剖分迷宮式密封。密封效果好，便于裝配和檢修。

1.5 進口導葉裝置

進口導葉裝置是根據氣流預旋原理設計而成，當葉輪進口前氣流順或逆葉輪旋轉方向旋繞時，可相應地使壓力頭減少或增加，使壓縮機在設計點70%～105%范圍內高效工作。當導葉片轉到全部閉合時，可實現(xiàn)空載起動，以減少起動阻力矩。

導葉裝置裝有多片可同步轉動的導流葉片，每個導向葉片的小軸由軸承套支承在導流體上，每個導向葉片通過球鉸與轉環(huán)相連接。導葉機構工作時，由氣動執(zhí)行機構通過曲柄帶動轉環(huán)轉動，使所有葉片同步旋轉，來達到氣量調節(jié)的目的。

1.6 聯(lián)軸器

壓縮機與主電機之間采用疊片式撓性聯(lián)軸器，此聯(lián)軸器具有補償軸向和角向位移能力大，并有一定的吸振、隔振功效。

2 氮壓機試車中存在的主要問題

氮壓機首次試車，共啟動5次，每次1、2級和5、6級振動相對比較平穩(wěn)，但幾次都因3、4級振動突升，引起高聯(lián)鎖(70 μm)跳車(見圖2)。

圖2 試車時3、4、5、6級振動值的趨勢記錄

3 原因分析及處理措施

3.1 儀表測量因素

通過測量3、4級振動探頭，發(fā)現(xiàn)3、4級探頭電壓(16 V)不符合標準，調整振動探頭電壓至9～10 V，3、4級軸承圓周定位銷轉動59 mm，重新打孔安裝探頭。

3.2 級間管道應力因素

檢查發(fā)現(xiàn)3、4級管道應力較大，對3、4級重新配管以消除管道應力；同時，調整3級出口彈簧吊架，消除級間管道應力。

3.3 機組裝配因素

檢查3、4級吸入導向節(jié)后發(fā)現(xiàn)，4級葉輪明顯不在入口密封的中心位置，偏下2 mm左右，入口有少量葉輪將密封磨掉的鋁屑，3級葉輪也稍微偏下，但無磨損。對4級蝸殼定位銷進行擴孔，調整葉輪位置。

3.4 3、4級轉子的固有頻率因素

3、4級轉子的固有頻率與機組振動頻率比較接近，將3、4級轉子直徑由Ф 80 mm改為 Ф 70 mm，所有軸承瓦塊均進行全面檢驗(表面劃痕、裂紋、摩擦痕跡等)，瓦塊與轉子接觸面≥70%改變振動頻率；同時，將3、4級軸承間隙擴大0.02 mm，增加進油量和油膜厚度，降低轉子振值。

4 結語

目前，國內多軸離心式壓縮機出口壓力均在4.0 MPa(表壓)以下，而氮氣壓縮機出口壓力高達8.2 MPa(表壓)，完全能滿足殼牌氣化爐對用氣壓力的要求，且離心式氮氣壓縮機的制造成功和國產化，填補了國內高壓等溫多軸離心式壓縮機的空白，比同類型進口機組節(jié)省投資50%，效率提高2%，節(jié)能2%～10%。