3VRZ250/430G型氯氣壓縮機(jī)的性能與應(yīng)用

苗春雷，史建勝，徐文何

（沈陽化工股份有限公司，遼寧 沈陽 110000）

沈陽化工股份有限公司于2015年搬遷改造后，引進(jìn)了西門子透平機(jī)機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的離心式氯氣壓縮機(jī)，壓縮機(jī)型號：3VRZ 250/430G，壓縮機(jī)的外殼采用單軸多級水平分解設(shè)計。采用有3個氣室的雙迷宮密封，用干燥氮氣或儀表風(fēng)作為緩沖氣。內(nèi)部的各個氣室有壓力補償并連接到吸氣側(cè)。通過調(diào)節(jié)閥門可以來調(diào)整緩沖氣的壓力。中間的氣室將緩沖氣與處理氣體的混合氣排到廢氣處理。該壓縮機(jī)還采用了進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉及其自動調(diào)解系統(tǒng)，因為這種方法符合“高效、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能”的要求。使用進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉在正常運行工況下可減少壓縮機(jī)進(jìn)口流量，從而節(jié)省功耗。

1 機(jī)組的主要性能參數(shù)

工作介質(zhì)：干氯氣；壓縮機(jī)自身氯氣流量：22 343 kg/h；實際入口體積流量：7 790 m3/h；入口壓力：0.104 8 MPa；入口溫度：40℃；末級排氣壓力：0.355 MPa；轉(zhuǎn)子速度：8 698 r/min；壓縮機(jī)軸耗功：423 kW。

2 主要結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 主要結(jié)構(gòu)

西門子3VRZ 250/430G結(jié)構(gòu)設(shè)計：外殼、引導(dǎo)輪、氣封、填料環(huán)、襯墊被水平地分開。移除外殼的上部就可以看到由3個葉輪和軸組成的轉(zhuǎn)子。在一級葉輪前面有1個初步引導(dǎo)設(shè)備，可以限制調(diào)整輸送量。1個密封可調(diào)的驅(qū)動器位于外殼上，可用于調(diào)整。各個初級導(dǎo)葉的度數(shù)設(shè)置可以從刻度表上看出。一級到三級的引導(dǎo)輪被制成螺旋形和彈簧墊圈分置在外殼中。由于沒有平衡活塞且存在泄漏減量，三級的反向結(jié)構(gòu)會帶來結(jié)構(gòu)長度上的縮短。各個分開的階段彼此通過安裝在引導(dǎo)輪上的半透明密封隔絕。吸入扣方向和壓出扣方向的軸套密封是由3部分氣封實現(xiàn)的，內(nèi)部氣封室相互之間通過平衡管線相連，同時還與內(nèi)置設(shè)備相連。這樣在入口和出口就達(dá)到了壓力平衡，同時氣封得到緩解。氣封的外氣室通過一條充入密封氣體的管線相連接。通過充入干氣體來保持氣封密閉可以防止泄漏介質(zhì)被泵從壓縮機(jī)抽至機(jī)身。密封氣體和氯氣的混合物通過中心氣封室被移除，這可以將密封氣體輸送走而防止密封氣體進(jìn)入介質(zhì)。

（1）轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子由1個熱鍛軸和3個由優(yōu)質(zhì)鋼制作而成、燒嵌在軸中的葉輪組成。葉輪在完成處理后焊接在特殊的裝置上進(jìn)行超速測試。轉(zhuǎn)子在運行狀態(tài)時動態(tài)平衡，這樣壓縮機(jī)就可以實現(xiàn)低振動運轉(zhuǎn)。氣體由于受旋轉(zhuǎn)離心力的作用，以及在葉輪里的擴(kuò)壓流動，使氣體通過葉輪后的壓力得到了提高，氣體的功能也同樣在葉輪里得到了提高。因此，葉輪是將機(jī)械能傳給氣體，以提高氣體的壓力和速度的作功部件。

（2）外殼

外殼的主要作用是把擴(kuò)壓器后面的氣體匯集起來并引出壓縮機(jī)。此外，在外殼出口處，氣流速度還有一定數(shù)值，故設(shè)置1個錐行排氣管，也像擴(kuò)壓器一樣，是氣流起到一定的降速擴(kuò)壓作用。

（3）導(dǎo)輪和迷宮密封

引導(dǎo)輪、氣封、填料環(huán)、襯墊是由灰鑄鐵打造，迷宮由不銹鋼組成。密封填料在嵌縫帶作用下填到基體中。迷宮是根據(jù)在測試表中指定的間隙刮出的。鑒于氯氣的特殊性，采用性能可靠的三腔迷宮式密封。這種密封為非磨擦式，不會產(chǎn)生過熱。需要密封氣體35 Nm3/h（包含有主機(jī)前后密封氣17×2 Nm3/h，油箱和齒輪箱軸承密封氣12 Nm3/h）和內(nèi)部密封室的壓力差0.025 Bar。

（4）壓縮機(jī)的軸承布局

轉(zhuǎn)子裝配有2個帶強制潤滑的徑向軸承。內(nèi)表面和徑向軸承的外徑一定不能被破壞或者改變。軸承外殼由GG-25組成。徑向軸承由鋼鑄成，淬有SnSb12Cu6ZnAg軸承金屬。在軸承支架內(nèi)的深槽銷釘?shù)淖饔孟螺S承外殼保持不變型，并且與其軸承支架緊密相連。必須嚴(yán)格保持軸承外殼和軸承支架充分地鎖定在一起。但是，不能造成變形。為了達(dá)到緊密連接，原始安裝間隙需要限制在0.5 mm內(nèi)。轉(zhuǎn)子的軸向推力由一個雙向壓縮機(jī)的推力軸承提供，該雙向壓縮機(jī)的徑向軸承同樣由鋼和SnSb12Cu6ZnAg軸承金屬制成。一般來說，在吸入方向上的軸向推力會使轉(zhuǎn)子和徑向軸承緊貼。在開車或停車過程中的非滿負(fù)荷操作和非額定壓力狀況下的操作會造成軸向推力的暫時改變。為了解決這種情況，軸承在相反方向上也配有2個徑向軸承。潤滑油的用量必須考慮以下2點，由軸承產(chǎn)生的熱量能夠被帶走，且油層的厚度能夠充分潤滑接觸面。潤滑油的供給量可以通過進(jìn)油管的屏幕進(jìn)行調(diào)節(jié)。軸承的溫度監(jiān)控由傾斜部件上的熱導(dǎo)溫度計實現(xiàn)的。

2.2 工作原理

3VRZ 250/430G型氯氣壓縮機(jī)是離心式壓縮機(jī)，是通過高速旋轉(zhuǎn)的葉輪運動產(chǎn)生離心力以提高氣體的壓力，原理與離心泵相似。由于壓縮比較高，壓縮機(jī)分為幾段壓縮，每段之間設(shè)有中間冷卻器，以使升溫后的壓縮氣體降溫。氯氣壓縮機(jī)工作簡圖見圖1。

圖1 氯氣壓縮機(jī)工作簡圖

氯氣壓縮機(jī)分為氯氣系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)，干燥空氣系統(tǒng)和儀表控制系統(tǒng)。

（1）氯氣壓縮機(jī)的氯氣系統(tǒng)

氯氣系統(tǒng)包括離心式氯氣壓縮機(jī)、氯氣冷卻器及系統(tǒng)管道、閥門等管件組成。主要任務(wù)是保證安全的輸送氯氣及流量的調(diào)節(jié)。包括轉(zhuǎn)子、擴(kuò)壓器、吸氣室、外殼、密封件、軸承、機(jī)架組成。

（2）氯氣壓縮機(jī)潤滑系統(tǒng)

該機(jī)組的潤滑部位為壓縮機(jī)的2個徑向軸承和1個軸向止退軸承及增速器的齒輪和各個軸承，由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高達(dá)8 885 r/min，所以潤滑是關(guān)鍵。主要設(shè)備包括油箱、油泵、油冷卻器、濾油器等設(shè)備組成。

（3）空氣密封系統(tǒng)

離心式壓縮機(jī)必須使用含濕低于50×10-6的空氣進(jìn)行密封，密封的部位為軸承，通過密封后的空氣排往氯氣吸收裝置吸收氯氣。

3 實際使用及問題分析

該公司氯氣的壓縮過程是通過酸捕沫器過濾后的干燥氯氣進(jìn)入氯氣壓縮機(jī)，壓縮到0.20~0.24 MPa。氯氣壓縮機(jī)入口管設(shè)有從壓縮機(jī)出口回流部分氣體的旁路管，在自動控制的可調(diào)導(dǎo)葉閥和防喘回流調(diào)節(jié)閥的控制下，控制氯氣壓縮機(jī)系統(tǒng)吸入口的壓力穩(wěn)定和防喘振。同時為了保證電解和氯氣洗滌冷卻干燥系統(tǒng)的氯氣總管壓力穩(wěn)定，在壓力的控制下從氯氣壓縮機(jī)出口再引一股氯氣回流到壓縮機(jī)入口。氯氣壓縮系統(tǒng)設(shè)有段間冷卻器，用循環(huán)冷卻水及冷凍水冷卻壓縮后的氯氣，以保證出壓縮機(jī)系統(tǒng)的氯氣溫度不大于45℃。經(jīng)壓縮并冷卻到約45℃氯氣經(jīng)氯氣分配臺大部分送往氯化氫及鹽酸工序生產(chǎn)鹽酸，多余氯氣送到液氯工序液化，通過自動閥來控制氯氣分配臺壓力，以保證系統(tǒng)平穩(wěn)運行。冷卻壓縮氯氣的循環(huán)回水要求無壓力，因此由冷卻回水池收集，然后用冷卻回水泵送回冷卻水系統(tǒng)。

氯壓機(jī)運行三年以來，一直比較平穩(wěn)，沒有較大檢修。運行良好主要有以下幾個因素：

（1）氯氣含水條件應(yīng)滿足要求

進(jìn)入氯壓機(jī)的氯氣含水要求在480×10-6以下，含水量過大會與氯氣結(jié)合變成氯水腐蝕氯壓機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這個條件必須達(dá)到，所以采用干燥裝置都是國內(nèi)比較先進(jìn)的裝置，填料干燥塔與泡罩干燥塔進(jìn)行串連，嚴(yán)格操作，進(jìn)行DCS控制，對干燥塔的溫度、濃度、壓力等多個指標(biāo)進(jìn)行控制，保證送出的氯氣水分合格。另外，氯氣在進(jìn)入氯壓機(jī)前，有段管路在室外，約四五十米，夏天溫度高，易產(chǎn)生凝水與氯氣結(jié)合，及時發(fā)現(xiàn)這一問題，多氯氣管件進(jìn)行了保冷措施。最后在氯壓機(jī)入口有1個自動水分儀對氯氣水含量檢測并帶有連鎖，一旦水分超標(biāo)，氯壓機(jī)會自動跳停保護(hù)。

（2）密封氮氣去雜質(zhì)

該公司使用氮氣進(jìn)行氯氣密封，運行中發(fā)現(xiàn)進(jìn)入氯壓機(jī)密封的氮氣中含有雜質(zhì)，含碳較多，堵塞密封，造成密封流量多次降低，降低近聯(lián)鎖點，經(jīng)公司協(xié)調(diào)，將來的氮氣加套除碳設(shè)備，去除氮氣中的碳含量，又在氯壓機(jī)進(jìn)氮氣入口加套過濾器，并將密封、管路進(jìn)行了吹掃，保證氮氣純度。

（3）電機(jī)注油要嚴(yán)格要求

運行中應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定給電機(jī)注油，因為一次注油沒有按照固定油量，校油過多，造成軸承溫度高產(chǎn)生聯(lián)鎖停車。所以以后每次校油都嚴(yán)格按照規(guī)定執(zhí)行。

（4）冷卻器水溫達(dá)標(biāo)

氯氣2個冷卻器用的是循環(huán)水，循環(huán)水夏天的溫度是30℃左右，這樣造成氯氣冷卻后的溫度超標(biāo)，溫度接近聯(lián)鎖點，所以夏天把循環(huán)水改為冷凍的低溫水，解決這一問題。

（5）防止喘振

目前，接觸到的氯壓機(jī)發(fā)生喘振一般有3種情況，壓縮機(jī)入口壓力過低；氯氣純度過低；壓縮機(jī)出口壓力過高；對應(yīng)的3種措施：打開本機(jī)回流閥及旁路手閥，聯(lián)系調(diào)度降低生產(chǎn)負(fù)荷；檢查真空脫氯系統(tǒng)及氮氣密封是否有空氣或氮氣竄入；聯(lián)系該公司調(diào)度提高用戶的耗用氯氣量。

4 結(jié)語

3VRZ 250/430G型壓縮機(jī)屬關(guān)鍵精密設(shè)備，具有運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，故障率低，機(jī)組外型尺寸小，重量輕，占地面積少，投資省，運轉(zhuǎn)周期長，維修工作量小，調(diào)節(jié)性能好，自動化程度較高，不需要備用機(jī)組等優(yōu)點；但也因為自動化程度較高，聯(lián)鎖復(fù)雜，所以對人員的操作水平也相應(yīng)提高，要對操作人員嚴(yán)格培訓(xùn)，對壓縮機(jī)的各項指標(biāo)嚴(yán)格監(jiān)控，稍有不慎便會引起巨大的損失，影響整套裝置的生產(chǎn)。經(jīng)過不斷的摸索和改進(jìn)，運轉(zhuǎn)率和穩(wěn)定性都有了顯著提高。