裂解氣壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

郭飛虎

(沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)有限公司,遼寧沈陽 110142)

裂解氣壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

郭飛虎

(沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)有限公司,遼寧沈陽 110142)

某石化公司新建一套45萬T/a乙烯裝置,于2007年啟動(dòng)。后經(jīng)沈鼓集團(tuán)多方努力和技術(shù)論證,最終實(shí)現(xiàn)了乙烯、丙烯和裂解氣的全部國產(chǎn)化。裂解氣壓縮機(jī)就是在這種情況下研制出來的。介紹某石化公司45萬噸/年乙烯項(xiàng)目裂解氣壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)參數(shù);并對(duì)設(shè)計(jì)過程中轉(zhuǎn)子葉輪強(qiáng)度等問題進(jìn)行分析;并按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工廠檢驗(yàn)。

裂解氣壓縮機(jī) 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)

1 機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與技術(shù)參數(shù)

1.1 壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

裂解氣壓縮機(jī)為水平剖分單軸雙支撐多級(jí)結(jié)構(gòu)。壓縮機(jī)采用3缸5段式壓縮，其中低壓缸采用雙進(jìn)氣、背靠背布置，中壓缸和高壓缸均為兩段背靠背布置。

1.2 壓縮機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

該壓縮機(jī)各運(yùn)行工況參數(shù)見表1所示:

2 壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

裂解氣的介質(zhì)組成非常復(fù)雜，各段之間組分的變化較大。由于級(jí)數(shù)的增加，使壓縮機(jī)穩(wěn)定工況范圍變窄，尤其是最后幾級(jí)流道，對(duì)運(yùn)行工況范圍有很大影響[1]。因此在壓縮機(jī)氣動(dòng)方案的選擇上重點(diǎn)考慮在工況變化的情況下具有較寬的運(yùn)行范圍，同時(shí)在此范圍內(nèi)具有較高的效率。轉(zhuǎn)子是透平式壓縮機(jī)的關(guān)鍵，壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)及葉輪應(yīng)力合格的前提下進(jìn)行的。根據(jù)裂解氣的介質(zhì)特點(diǎn)，選取的適當(dāng)?shù)牟牧?。裂解氣中含有一定的硫化氫、水及CO2，在NACE-MR0175中對(duì)此有嚴(yán)格要求[2]。針對(duì)介質(zhì)特點(diǎn)葉輪選用FV520B-S材料，首先用SolidWorks進(jìn)行葉輪實(shí)體建模，然后對(duì)其網(wǎng)格劃分。葉輪應(yīng)力分析的具體分析步驟為:首先計(jì)算葉輪靜應(yīng)力，判斷是否有明顯的結(jié)構(gòu)缺陷;如果存在明顯的缺陷，應(yīng)對(duì)原有結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。分析結(jié)果見圖1、圖2所示，最大應(yīng)力點(diǎn)位于葉輪入口葉片與軸盤連接處:

表1 壓縮機(jī)數(shù)據(jù)參數(shù)

圖1 葉輪應(yīng)力分布圖

圖2 葉輪應(yīng)力放大圖

計(jì)算結(jié)果顯示，首級(jí)葉輪結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力為1542MPa，小于材料的屈服強(qiáng)度的2倍[3]。因此需對(duì)原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)優(yōu)化后的葉輪的應(yīng)力分析合格。

3 壓縮機(jī)的工廠試驗(yàn)

壓縮機(jī)在生產(chǎn)完畢后，在制造廠內(nèi)的進(jìn)行的試驗(yàn)主要包括:水壓試驗(yàn)、超速試驗(yàn)、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)等。下面具體介紹水壓試驗(yàn)及機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)。

3.1 水壓試驗(yàn)

水壓試驗(yàn)的目的是檢查機(jī)殼的嚴(yán)密性，以及在規(guī)定的試驗(yàn)壓力下檢查機(jī)殼是否的強(qiáng)度是否滿足實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)需要。壓縮機(jī)水壓試驗(yàn)時(shí)按照最高工作壓力的1.5倍進(jìn)行。為保證螺栓的緊固效果，缸體全部采用液壓拉伸器進(jìn)行緊固。針對(duì)壓力最高的高壓缸螺栓拉伸力為3193kN，并在下機(jī)殼中分面加工密封槽，用聚四氟乙烯膠帶填充，最終保證機(jī)殼在30分鐘內(nèi)無泄漏，水壓試驗(yàn)合格。

3.2 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)

壓縮機(jī)的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)是根據(jù)廠內(nèi)現(xiàn)有運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)條件，布置試驗(yàn)裝置，對(duì)壓縮機(jī)的振動(dòng)、位移、軸承溫度等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，并對(duì)采集數(shù)據(jù)加以分析，模擬在用戶現(xiàn)場的運(yùn)行狀況。試驗(yàn)結(jié)果顯示，壓縮機(jī)軸承瓦塊溫度值小于95℃，進(jìn)出潤滑油溫差小于25℃，軸承處振動(dòng)值小于20μ，軸向位移小于0.5mm。制造廠壓縮機(jī)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)一次通過。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)某石化公司45萬噸/年乙烯裝置裂解氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，闡述了國產(chǎn)化大型壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路。在過程中總結(jié)近年來的大型離心壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)，尤其是大流量高效三元葉輪的應(yīng)用，使機(jī)組的效率得到保證。該裂解氣壓縮機(jī)2008年出廠至用戶現(xiàn)場投入運(yùn)轉(zhuǎn)，至2012年8月停機(jī)檢修以來，機(jī)組運(yùn)行各項(xiàng)指標(biāo)良好。

[1]徐忠.離心壓縮機(jī)原理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1990.

[2]NACE MR0175-2003. Petroleum and natural gas industries Materials for use in H2S-containing Environments in oil and gas production[S]. National Association of Corrosion Engineer, 2003.

[3]關(guān)振群,宋洋,楊樹華,等.離心壓縮機(jī)葉輪靜強(qiáng)度分析方法[J].大連理工大學(xué)學(xué)報(bào),2011(2):157-162.