合成氨往復(fù)式循環(huán)機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)方式改造總結(jié)

秦末榮,關(guān)銀龍，王曉紅

(山西天澤煤化工集團(tuán)股份公司， 山西晉城 048026)

山西天澤煤化工集團(tuán)股份公司是一家具有年產(chǎn)180萬t合成氨、300萬t尿素、36萬t甲醇、6萬t甲醛生產(chǎn)能力的大型煤化工企業(yè)。公司醇烴化深度凈化和氨合成裝置的循環(huán)機(jī)，均采用皮帶傳動(dòng)方式，共有各種型號(hào)皮帶傳動(dòng)的循環(huán)機(jī)13臺(tái)。

在省、市應(yīng)急管理部門組織專家現(xiàn)場(chǎng)核查時(shí)，明確提出采用皮帶傳動(dòng)的循環(huán)機(jī)無法滿足GB 50160—2018 《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》5.7.7“可燃?xì)怏w壓縮機(jī)、液化烴、可燃液體泵不得使用皮帶傳動(dòng)”[1]的要求，責(zé)令限期整改。

1 改造方案

經(jīng)過調(diào)查和收集技術(shù)資料，決定將循環(huán)機(jī)皮帶傳動(dòng)方式改造成聯(lián)軸器直聯(lián)方式。設(shè)計(jì)2個(gè)改造方案：方案一是直接更換電機(jī)，電機(jī)與循環(huán)機(jī)之間采用聯(lián)軸器連結(jié)，由電機(jī)直接帶動(dòng)循環(huán)機(jī)，將現(xiàn)有的8級(jí)電機(jī)改為20級(jí)電機(jī)，滿足循環(huán)機(jī)的轉(zhuǎn)速要求；方案二是在不更換電機(jī)的前提下，增加減速機(jī)以滿足循環(huán)機(jī)轉(zhuǎn)速要求。綜合分析后認(rèn)為方案一改造費(fèi)用高、時(shí)間長(zhǎng)。1臺(tái)450 kW、6 kV防爆電機(jī)費(fèi)用為35萬～40萬元，重新做基礎(chǔ)需要長(zhǎng)時(shí)間停車，對(duì)正常生產(chǎn)造成極大影響。方案二投資少、基礎(chǔ)工作量小，不影響正常生產(chǎn)，但國內(nèi)未有先例，創(chuàng)新有一定技術(shù)、安全風(fēng)險(xiǎn)。最終，決定與上海吳江大隆設(shè)備制造公司合作，采用化工廠4#(DZW-4/28.9-31.4)合成循環(huán)機(jī)為首臺(tái)循環(huán)機(jī)傳動(dòng)裝置改造方案。

DZW-4/28.9-31.4合成循環(huán)機(jī)屬于單級(jí)、對(duì)置、雙缸、雙作用活塞往復(fù)式壓縮機(jī)。其機(jī)身由曲軸箱與中體組成，曲軸兩端采用滾動(dòng)軸承，主十字頭與副十字頭通過連接件組成整體，使左右活塞做同步運(yùn)動(dòng)[2]。由于只有1個(gè)曲拐，活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，往復(fù)慣性力對(duì)曲軸有一定沖擊，曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)受交變載荷影響，且轉(zhuǎn)動(dòng)角速度不均勻，造成設(shè)備振動(dòng)和沖擊。為此，需要安裝飛輪來平衡[3]。飛輪的慣量用來克服阻力，帶動(dòng)連桿越過上下止點(diǎn)，使轉(zhuǎn)動(dòng)角速度均勻，保證設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)。皮帶傳動(dòng)的循環(huán)機(jī)之所以運(yùn)行平穩(wěn)，是由于大皮帶輪在帶動(dòng)皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)、降低運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速的同時(shí)，也起到了飛輪慣量平衡的作用。

該問題的解決方案有兩種：一是取消循環(huán)機(jī)的大皮帶輪，重新設(shè)計(jì)加工飛輪，安裝在循環(huán)機(jī)主軸一側(cè)，與減速機(jī)輸出軸聯(lián)軸器相連；二是利用現(xiàn)有的大皮帶輪改造成飛輪。通過比較，認(rèn)為保留原有大皮帶輪產(chǎn)生慣量的作用以滿足循環(huán)機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性更具有合理性。首先，原大皮帶輪兩側(cè)均有支撐，受力更好。如重新制作飛輪，需懸臂安裝在循環(huán)機(jī)主軸上，循環(huán)機(jī)主軸軸承會(huì)承受很大的力。其次，保留原有大皮帶輪，不會(huì)改變循環(huán)機(jī)主軸的受力。改造措施為：循環(huán)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)位置加裝1臺(tái)直角式減速器(如果位置合適可選平行輸出軸)；更換大皮帶輪軸為加長(zhǎng)軸，通過剛性聯(lián)軸器，直接與直角減速器連接；電機(jī)皮帶輪更換為剛性聯(lián)軸器，與直角減速器連接[4]。改造前后設(shè)備布置分別見圖1和圖2。循環(huán)機(jī)技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 循環(huán)機(jī)技術(shù)參數(shù)表

1—主電機(jī)；2—小皮帶輪；3—大皮帶輪；4—皮帶；5—皮帶輪軸；6—循環(huán)機(jī)。

1—主電機(jī)；2—減速機(jī)高速聯(lián)軸器；3—減速機(jī)；4—減速機(jī)低速軸聯(lián)軸器；5—飛輪加長(zhǎng)軸；6—循環(huán)機(jī)。

需要加工和購買的備件主要有直角減速機(jī)、大皮帶加長(zhǎng)軸、主軸與減速機(jī)剛性聯(lián)軸器、減速機(jī)與電機(jī)剛性聯(lián)軸器等，總計(jì)費(fèi)用約為15萬元。

2 試車結(jié)果及存在問題

72 h試車后，循環(huán)機(jī)運(yùn)行情況見表2。

表2 改造前后運(yùn)行主要參數(shù)對(duì)比表

試車結(jié)果及存在問題如下：

(1) 循環(huán)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，在啟動(dòng)、運(yùn)行、停機(jī)過程中無振動(dòng)。

(2) 減速機(jī)傳動(dòng)轉(zhuǎn)速比皮帶傳動(dòng)快6 r/min，可保證循環(huán)機(jī)打氣量要求。

(3) 減速機(jī)傳動(dòng)電流比皮帶傳動(dòng)電流高約1A，平均耗電比皮帶傳動(dòng)高23.75 kW·h。

(4) 循環(huán)機(jī)的減速機(jī)油溫和軸承溫度較高，需增加油冷器對(duì)潤滑油進(jìn)行降溫。

3 進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)措施

增加1臺(tái)換熱面積為4 m2的油冷器對(duì)減速機(jī)潤滑油進(jìn)行降溫?，F(xiàn)正常滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，減速機(jī)油溫和減速機(jī)軸承溫度均可控制在50 ℃以下，可保證裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行。

4 結(jié)語

循環(huán)機(jī)傳動(dòng)方式由皮帶傳動(dòng)改為減速機(jī)剛性聯(lián)軸器傳動(dòng)后，截至目前，循環(huán)機(jī)已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行25 d，從運(yùn)行平穩(wěn)性和安全性上均達(dá)到了要求。同時(shí)，單臺(tái)設(shè)備投資約為15萬元，比更換電機(jī)費(fèi)用(大約37萬元)減少22萬元。如果對(duì)13臺(tái)循環(huán)機(jī)全部改造，總共節(jié)約286萬元，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。