催化重整再生氣循環(huán)機(jī)C301節(jié)能改造

中石化廣州煉化分公司 廣東廣州 510726

摘要：催化重整裝置再生氣循環(huán)壓縮機(jī)C301 A/B自2009年4月開工以后出現(xiàn)壓縮機(jī)出口流量偏大、級(jí)間回流量大、造成用電浪費(fèi)。通過對(duì)C301B壓縮機(jī)進(jìn)行改造，降低壓縮機(jī)出口流量，能滿足工藝生產(chǎn)要求，壓縮機(jī)的功耗比改造前大幅降低，節(jié)能效果顯著。

關(guān)鍵詞：壓縮機(jī)；流量；節(jié)能；改造

中國(guó)石油化工股份有限公司廣州分公司1000kt/a催化重整聯(lián)合裝置由石腦油加氫、重整反應(yīng)、芳烴分餾、氫提純四部分組成，主要生產(chǎn)汽油、苯、混合二甲苯、氫氣。其中重整催化劑再生系統(tǒng)的再生氣循環(huán)壓縮機(jī)C301A/B為往復(fù)機(jī)，型號(hào)2D45-188/3.2-7.2，沈陽遠(yuǎn)大壓縮機(jī)股份有限公司生產(chǎn)，分0%、50%、90%、100%四檔負(fù)荷調(diào)節(jié)，正常時(shí)一開一備，單機(jī)設(shè)計(jì)流量為39444 Nm3/h，配套的電機(jī)為增安型無刷勵(lì)磁同步電機(jī)，規(guī)格型號(hào)：TAW1500-20WTH/2150，額定功率：1500kW，額定電壓：6000V。

自2009年4月開工，壓縮機(jī)的負(fù)荷一直在90%運(yùn)行，出口流量為38300Nm3/h，工藝正常操作需要流量約為31500Nm3/h，該機(jī)原設(shè)計(jì)無旁路回流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，為了滿足工藝正常生產(chǎn)在壓縮機(jī)進(jìn)出口管道增加一條旁路管線來調(diào)節(jié)再生循環(huán)氣流量，增大了壓縮機(jī)的級(jí)間回流，造成大量的電能浪費(fèi)。2013年6月對(duì)C301B壓縮機(jī)進(jìn)行改造，改造后調(diào)試試用成功，壓縮機(jī)出口流量大幅降低能滿足工藝生產(chǎn)需求，節(jié)能效果十分顯著。

1 再生循環(huán)氣壓縮機(jī)組簡(jiǎn)介

再生氣循環(huán)壓縮機(jī)是重整催化劑再生系統(tǒng)中的心臟設(shè)備，主要作用是將催化劑再生后的煙氣熱量帶走，防止燒焦溫度過高而燒壞催化劑。再生循環(huán)氣的流量受催化劑循環(huán)率、再生氣氧含量、待生劑碳含量影響，一般情況下待生劑焦含量越高，催化劑循環(huán)率越大，所需的再生循環(huán)氣流量越大，正?？刂圃?8000Nm3/h-30000Nm3/h之間，再生循環(huán)氣主要由氮?dú)饨M成，其中包含少量氧氣和一定量的二氧化碳。

表1再生循環(huán)氣氣體組成

氣體名稱分子式正常工況/%（體積含量）最大工況/%（體積含量）%

氮?dú)釴27979

氧氣O20.60.8

二氧化碳C O220.420.8

圖1催化劑再生循環(huán)氣工藝流程圖

表1為再生循環(huán)氣組成，

圖1為催化劑再生循環(huán)氣工藝流程圖。

2 改造原因

由于再生循環(huán)氣壓縮機(jī)C301A/B在50%負(fù)荷時(shí)流量不能滿足工藝正常生產(chǎn)，所以一直在90%負(fù)荷運(yùn)行，再生循環(huán)氣流量為38300 Nm3/h，壓縮機(jī)出口流量通過新增的旁路回流調(diào)節(jié)，增加了壓縮機(jī)的級(jí)間回流，造成了能源的浪費(fèi)。為了節(jié)約裝置的能耗，合理的利用資源，決定對(duì)C301B進(jìn)行改造，來降低再生循環(huán)氣的流量滿足工藝正常生產(chǎn)操作。

近年往復(fù)壓縮機(jī)節(jié)能改造的一般思路是安裝無級(jí)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用控制高壓油頂開進(jìn)氣閥開關(guān)時(shí)間的方式，精確控制進(jìn)入氣缸的氣量，達(dá)到節(jié)能的目的。但無級(jí)氣量調(diào)節(jié)裝置系統(tǒng)復(fù)雜，一次投資費(fèi)用高（以本機(jī)12個(gè)進(jìn)氣閥計(jì)，約需300萬左右），以后運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用也高。

針對(duì)本機(jī)為重整再生氣循環(huán)壓縮機(jī)、氣量變化小、工況穩(wěn)定的特點(diǎn)，也可選擇直接改造壓縮機(jī)氣缸、減小壓縮機(jī)械力的方式。

經(jīng)過分析比較，最后選擇了直接氣缸改造的方式。

3 改造內(nèi)容

此次改造要求在介質(zhì)、進(jìn)出口溫度不變的情況下，將壓縮機(jī)的出口流量降低到31000 Nm3/h，入口壓力為0.3MPa，出口壓力為0.62 MPa，氣缸、活塞設(shè)計(jì)壓力按0.72 MPa設(shè)計(jì)及壓力試驗(yàn)。當(dāng)壓縮比較高而采用單級(jí)壓縮時(shí)，氣缸直徑較大，就有較高的氣體終壓作用于活塞上的活塞面積，活塞上的氣體力就較大【1】，此次改造通過降低氣缸直徑來減少活塞氣體力，可以減小壓縮機(jī)曲軸的有效載荷。表2為改造方案

（1）原兩列氣缸部件、氣閥部件和活塞部件更換，氣缸直徑由原來的Φ840mm縮小為Φ760mm，缸徑縮小后壓縮機(jī)重新設(shè)置活塞桿下沉報(bào)警值。

（2）活塞桿與活塞連接改為超級(jí)螺母連接，超級(jí)螺母部件中每個(gè)螺釘?shù)木o固力矩為119.7Nm，使螺母受到彈性變形后產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的預(yù)緊力。由于改造前的活塞與活塞桿采用螺紋連接，緊固方式為加熱活塞桿尾部，使其產(chǎn)生彈性伸長(zhǎng)變形，將緊固螺母旋轉(zhuǎn)一定角度后停止加熱，待活塞桿冷卻后恢復(fù)變形，這種連接方式拆檢困難，加熱孔的不連續(xù)間斷處存在應(yīng)力集中，活塞桿在使用的過程中存在斷裂風(fēng)險(xiǎn)，故此次對(duì)活塞桿與活塞連接形式進(jìn)行改型。

（3）氣缸外徑尺寸按原機(jī)組設(shè)計(jì)，進(jìn)排氣口、支撐尺寸不變，氣缸均為一級(jí)雙作用JT25-47C合金鑄鐵缸，采用無油潤(rùn)滑。氣缸應(yīng)用干式活缸套，氣缸及氣缸蓋設(shè)獨(dú)立的無相互聯(lián)系的水夾套，冷卻水進(jìn)出口位置保持原有位置不變，氣閥布置混合布置減少余隙容積和氣缸長(zhǎng)度。

（4）氣量調(diào)節(jié)負(fù)荷為0、50%、100%三檔，氣缸無余隙調(diào)節(jié)。

（5）活塞環(huán)、支撐環(huán)采用填充聚四氟乙烯材料，活塞環(huán)帶膨脹圈。

（6）活塞桿直徑為Φ110mm，表面不采用陶瓷處理，而采用碳化鎢硬化處理。

（7）級(jí)的進(jìn)氣量，在理論循環(huán)中，級(jí)在每轉(zhuǎn)的理論吸氣量就是在內(nèi)止點(diǎn)與外止點(diǎn)位置間的氣缸工作容積，稱為氣缸的工作容積，又稱為每一轉(zhuǎn)的氣缸行程容積Vh【2】

Vh=iApS

Ap-活塞工作面積，㎡

i-同級(jí)的氣缸數(shù)

S-活塞行程，m

Vh-每轉(zhuǎn)的理論吸氣量，m3

降低壓縮機(jī)的進(jìn)氣量，通過上述公式可以看出，降低進(jìn)氣量的途徑主要為兩種：一是降低活塞的工作面積也就是相應(yīng)的減小活塞的直徑，二是減少活塞的行程。氣缸結(jié)構(gòu)缸徑和行程要保持一定的比例，若行程太小，則吸氣和排氣接管在氣缸上的布置將發(fā)生困難（特別是徑向布置氣閥的情況）【3】，綜合分析后保持C301B壓縮機(jī)活塞行程不變減小壓縮機(jī)的氣缸直徑和活塞來降低壓縮機(jī)的進(jìn)氣量，改造后的壓縮機(jī)的平均容積效率為85%。

表2 改造方案

參數(shù)單位改造前改造后說明

級(jí)數(shù) 11

缸徑mmΦ840Φ760

標(biāo)態(tài)氣量Nm3/h3944431000

入口氣量m3/min188155.5

吸氣壓力MPa（A）0.420.4絕對(duì)壓力

排氣壓力MPa（A）0.820.72絕對(duì)壓力

入口溫度℃4040與原機(jī)組相同

排氣溫度℃110103

活塞行程mm350350與原機(jī)組相同

轉(zhuǎn)數(shù)r/min300300與原機(jī)組相同

最大氣體力kN279196

最大活塞力kN289210

軸功率kW1312911電機(jī)功率1500