ZW-3.4/5.03-34.48型氮?dú)饷詫m密封壓縮機(jī)刮油填料改造

呂 明，朱 鑫，張曉帆，佟 昕

(1.中國石油撫順石化公司烯烴廠，遼寧 撫順 113008；2.中國石油天然氣股份有限公司東北化工銷售分公司，遼寧 沈陽 110033)

1 引言

石油化工企業(yè)中使用的迷宮式密封壓縮機(jī)在當(dāng)下屬于高科技設(shè)備產(chǎn)品，該類型壓縮機(jī)的密封形式均是非接觸式迷宮密封，像活塞與氣缸、密封填料與活塞桿等，這種密封形式在壓縮機(jī)運(yùn)行過程中不僅可以達(dá)到排氣無油，而且在運(yùn)行中機(jī)組內(nèi)部產(chǎn)生的細(xì)粉等雜物不會(huì)接觸到機(jī)組內(nèi)介質(zhì)，這樣保證了介質(zhì)的純度。因?yàn)樵摲N型式的壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)中不存在活塞環(huán)，所以對介質(zhì)中存在的微量顆粒雜質(zhì)并不敏感[1]。當(dāng)介質(zhì)為易燃易爆、烴類氣體、劇毒氣體、特種工藝氣體、腐蝕性氣體及氧氣，或者在超高溫、超低溫工況及壓縮絕對干燥氣體(如氮?dú)獾?時(shí)，使用該型式的壓縮機(jī)可以很好的保證安全性。當(dāng)輸送介質(zhì)為污染嚴(yán)重不允許泄漏到環(huán)境中的物質(zhì)時(shí)，使用全封閉式壓縮機(jī)直接解決了這種問題。

與活塞式壓縮機(jī)相比迷宮式密封壓縮機(jī)具有更寬泛的溫度范圍。迷宮密封壓縮機(jī)既可以在超過非金屬材質(zhì)活塞環(huán)式壓縮機(jī)允許的最高工作溫度下安全運(yùn)轉(zhuǎn)，也可以在低于普通金屬材質(zhì)防冷脆而限定的最低工作溫度下安全運(yùn)轉(zhuǎn)。迷宮密封壓縮機(jī)其技術(shù)含量高，加工制造精度高、難度大，具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值[2]。

2 氮?dú)饩乒に嚱榻B

低密度聚乙烯裝置采用某公司的UNIPOL氣相流化床聚乙烯生產(chǎn)工藝，裝置設(shè)一條生產(chǎn)線，裝置連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力為45萬t，年操作時(shí)數(shù)為8000 h。來自界區(qū)的氮?dú)庠谶M(jìn)入氮?dú)饷撗醮仓霸诘獨(dú)忸A(yù)熱器中進(jìn)行預(yù)熱。氮?dú)饷撗醮彩且粋€(gè)單質(zhì)銅催化劑(UT-2000)的固定床，通過化學(xué)吸附將單質(zhì)銅氧化成氧化銅而除去氮?dú)庵械难鯕?。離開氮?dú)饷撗醮驳牡獨(dú)膺M(jìn)入氮?dú)飧稍锲鱗3]。氮?dú)飧稍锲鲀?nèi)裝填13XPG分子篩，通過物理吸附作用除去氮?dú)庵械乃趾推渌麡O性雜質(zhì)。氮?dú)饩葡到y(tǒng)使氧、水和其它極性雜質(zhì)的濃度均降至大約0.1×10-6。低壓精制氮?dú)夤┙o本裝置的三乙基鋁系統(tǒng)、催化劑系統(tǒng)和異戊烷儲(chǔ)罐，另外一部分外送到高密度聚乙烯裝置。氮?dú)飧稍锲鞒隹诘木频獨(dú)庥傻獨(dú)鈮嚎s機(jī)增壓至3300 kPa(G)后經(jīng)過精制氮?dú)膺^濾器進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)。

3 迷宮密封壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)及輔助系統(tǒng)

3.1 機(jī)組介紹

壓縮機(jī)型號：ZW-3.4/5.03-34.48，二列二級壓縮雙作用無油水冷開式迷宮活塞式氮?dú)鈮嚎s機(jī)，曲軸轉(zhuǎn)速590 r/min，入口流量204 m3/h，進(jìn)氣壓力0.603 MPa，排氣壓力3.548 MPa，活塞平均線速度為2.75 m/s，電機(jī)功率132 KW；有0.50%～100%三個(gè)工況，一級活塞直徑215 mm，二級活塞直徑140 mm；行程140 mm；活塞桿直徑65 mm；壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)和制造參照API618標(biāo)準(zhǔn)(最新版)；在規(guī)定的工藝操作點(diǎn)，壓縮機(jī)的容積排量無負(fù)偏差；壓縮機(jī)后冷卻器出口溫度不超過40 ℃；機(jī)身與中間接筒為正體式結(jié)構(gòu)，與氣缸聯(lián)接設(shè)有定位銷定位，保證檢修、保養(yǎng)精確對中；壓縮機(jī)氣缸雙列垂直布置，為整體式二級壓縮雙作用；氣閥為不銹鋼網(wǎng)狀閥；壓縮機(jī)氣量調(diào)節(jié)采用吸氣閥頂開實(shí)現(xiàn)0.50%～100%三檔氣量調(diào)節(jié)，無風(fēng)卸荷；壓縮機(jī)活塞桿與十字頭采用錐度配合楔塊連接；設(shè)導(dǎo)向軸承，保證活塞桿往復(fù)運(yùn)行時(shí)精確對中，導(dǎo)向軸承由活塞桿刮下的潤滑油潤滑；壓縮機(jī)設(shè)有刮油裝置保證潤滑油不被活塞桿帶出；壓縮機(jī)總進(jìn)口設(shè)有過濾器，濾芯為不銹鋼，過濾精度為80目；在任何操作工況下，活塞桿和十字頭銷，曲軸連桿，實(shí)際負(fù)荷不超過設(shè)計(jì)負(fù)荷額定值的80%；壓縮機(jī)氣缸、活塞、填料的密封采用迷宮槽密封；曲軸箱及中接用氮?dú)獯祾?，帶減壓閥及必需附件；機(jī)身油池設(shè)有油位液面計(jì)；機(jī)組整體撬裝，重量9(t)，外形尺寸5 m×2.9 m×2.5 m[4]。壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)剖面示意圖

3.2 潤滑系統(tǒng)介紹

壓縮機(jī)潤滑系統(tǒng)采用壓力潤滑，包括：

(1)一臺(tái)軸頭油泵(齒輪泵，泵體材料為灰鐵，齒輪和軸為45#鍛鋼)，開機(jī)時(shí)由曲軸驅(qū)動(dòng)；

(2)一臺(tái)電動(dòng)輔助螺桿油泵(殼體材質(zhì)為鑄鋼，轉(zhuǎn)子材質(zhì)為鍛鋼)；

(3)一臺(tái)恒溫電油加熱器(1.0 kW，220 V，dⅡBT4 IP55，F(xiàn)級絕緣)；

(4)一臺(tái)粗油油過濾器及雙切換精油過濾器(過濾網(wǎng)和殼體材質(zhì)為不銹鋼)，精過濾器精度為10 μm(開車時(shí)用25 μm)；

(5)一臺(tái)管殼式油冷卻器，油冷卻器的殼體、管箱和封頭為304SS，管板為海軍銅，管束為鈍化海軍銅；管束與管板采用脹接，管束能方便抽出，以便檢修；與油接觸的部件材質(zhì)采用不銹鋼(油泵除外)，水走管程，油走殼程；管路上設(shè)高點(diǎn)放空和低點(diǎn)排凝；潤滑油系統(tǒng)內(nèi)管道，管件和閥門均為304SS無縫不銹鋼材質(zhì)[5]。

3.3 管道和附屬設(shè)備

(1)冷卻系統(tǒng)

壓縮機(jī)氣缸、滑道、氣體冷卻器及油冷卻器采用循環(huán)水冷卻，每路回水出口管道上裝一個(gè)流動(dòng)看窗、溫度表和流量變送器；所有循環(huán)水管線為無縫鋼管，管道、閥門為碳鋼，法蘭及閥門壓力等級為150Lb。

(2)聯(lián)軸器和防護(hù)罩

壓縮機(jī)與主電機(jī)之間采用無錫創(chuàng)明的疊片撓性聯(lián)軸器(帶加長段)；

聯(lián)軸器及飛輪提供鋁合金無火花材料制作的全封閉防護(hù)罩，防護(hù)罩上應(yīng)開設(shè)手動(dòng)盤車長槽[6]。

(3)管路系統(tǒng)

提供包括氣、水、油在內(nèi)的所有管路。所有管線及管件采用美洲系列，管線分支采用無縫三通和無縫彎頭；

管路終端提供成對法蘭、墊片、緊固件；連接標(biāo)準(zhǔn)為ANSI B16.5；

工藝氣體管道及法蘭、閥門公稱壓力等級按流程圖，材料為碳鋼，標(biāo)準(zhǔn)按ANSI B 16.5(與用戶接口)[7]。

(4)入口過濾器

入口過濾器為永久型，過濾精度：80目，過濾網(wǎng)材料為不銹鋼，數(shù)量2個(gè)。

(5)緩沖器、冷卻器

緩沖器的設(shè)計(jì)及制造應(yīng)符合GB150“鋼制壓力容器”標(biāo)準(zhǔn)。緩沖器最小容積按API618第3.9.2.2.2款確定，緩沖器的壓力損失符合第3.9.2.2.4款的要求；

緩沖器筒體材質(zhì)為20#，封頭材料16MnR；

冷卻器的設(shè)計(jì)及制造應(yīng)符合GB151“鋼制管殼式換熱器”標(biāo)準(zhǔn)。冷卻器結(jié)構(gòu)為浮頭管殼式，氣走管程，水走殼程，封頭材料為16MnR，筒體材料20#，換熱管材料為20#，管板材料20#。

(6)壓縮機(jī)各級設(shè)安全閥，開啟壓力按API618標(biāo)準(zhǔn)，材質(zhì)為碳鋼。

(7)壓縮機(jī)進(jìn)出口采用對焊帶頸法蘭。

(8)壓縮機(jī)及其管路系統(tǒng)聲學(xué)脈動(dòng)計(jì)算，按照 AP1618 中的第3種方法進(jìn)行。要求對氣缸、各級緩沖器、級間管線和包括從壓縮機(jī)入口過濾器上游容器始至壓縮機(jī)下游買方容器或適合終止點(diǎn)止在內(nèi)的所有的主管線統(tǒng)一考慮[8]。

4 刮油填料結(jié)構(gòu)技術(shù)改造

壓縮機(jī)原來的刮油填料為簡單的純金屬刮油環(huán)組結(jié)構(gòu)，環(huán)組材質(zhì)為金屬材質(zhì)，且不是整體刮油盒結(jié)構(gòu)。而且環(huán)組不具備密封工藝氣的功能。原刮油環(huán)為非集裝是設(shè)計(jì)，其刮油效果除了刮油環(huán)組零件本身的設(shè)計(jì)之外，還要受到安裝和壓縮機(jī)本身精度的影響。且原刮油環(huán)為金屬環(huán)組，金屬刮油環(huán)在尺寸要求上必須與活塞桿保持較大的間隙，而刮油環(huán)與活塞桿的間隙直接影響到刮油的效果[9]。

針對目前壓縮機(jī)的應(yīng)用工況進(jìn)行了最先進(jìn)的RTV刮油技術(shù)改造方案。RTV刮油環(huán)是針對特定工況度身定制的一種刮油環(huán)，可以實(shí)現(xiàn)最好的刮油性能。新一代刮油環(huán)，不同于傳統(tǒng)刮油環(huán)，有效阻止了潤滑油進(jìn)入杯槽的同時(shí)，并伴有非常好的刮油效果。特殊的結(jié)構(gòu)也保證環(huán)不會(huì)在環(huán)槽中竄動(dòng)，徹底消除了傳統(tǒng)刮油環(huán)中普遍存在的“泵油效應(yīng)”。一組RTV刮油環(huán)組包括3片單片環(huán)，第一片環(huán)起主要的刮油作用，它帶有專門的幾何形狀的刀口，可以講附著在活塞桿上的油徹底刮除。與此同時(shí)，RTV刮油環(huán)還有一定的密封效果，可有效避免工藝氣體進(jìn)入曲軸箱污染潤滑油，或者產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。從而能夠滿足此壓縮機(jī)的特定工況[10]。RTV刮油環(huán)結(jié)構(gòu)尺寸圖及示意圖如圖2、3所示，RTV刮油環(huán)組配件見圖4。

圖2 RTV刮油環(huán)組結(jié)構(gòu)尺寸圖

圖3 RTV刮油環(huán)組結(jié)構(gòu)示意圖

1.刮油環(huán)槽 2.法蘭 3.O型圈 4.RTV刮油環(huán)圖4 RTV刮油環(huán)組配件示意圖

RTV刮油環(huán)材質(zhì)采用COOK專用的PTFE和PEEK配合使用的非金屬材料，非金屬材質(zhì)的刮油環(huán)會(huì)比傳統(tǒng)的金屬材質(zhì)刮油環(huán)效果更好，非金屬材料與活塞桿相比硬度非常低，故在設(shè)計(jì)時(shí)可以將間隙做到非常小甚至在某些特殊工況下，可以做到與活塞桿之間無間隙，這些設(shè)計(jì)都能夠保證良好的刮油效果[11]。以下是COOK對不同材質(zhì)刮油環(huán)的性能做的一個(gè)對比，如圖5所示。

刮油盒的設(shè)計(jì)采用了集裝是刮油盒。所有刮油環(huán)組的定位均依靠刮油盒本身來保證，與壓縮機(jī)本身的設(shè)計(jì)精度無關(guān)。同時(shí)，這種集裝式的設(shè)計(jì)也避免了安裝過程中可能出現(xiàn)的操作不當(dāng)影響刮油環(huán)的使用效果。

整個(gè)刮油填料的設(shè)計(jì)完全根據(jù)現(xiàn)有壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行，充分利用所有安裝空間，且能夠完全借用原有的安裝尺寸，無需更改任何安裝尺寸。在原來的刮油結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了調(diào)整，增加了O型圈密封，確保刮油環(huán)刮下來的油不會(huì)從法蘭外側(cè)泄漏出去，也保證了法蘭外側(cè)的工藝氣不會(huì)進(jìn)入曲軸箱側(cè)污染潤滑油，或者產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。

此外，本刮油環(huán)的設(shè)計(jì)，在后期更換時(shí)只需要將里面的刮油環(huán)組進(jìn)行更換即可，其它零部件均可以反復(fù)使用，在保證了刮油效果的同時(shí)節(jié)省了維修費(fèi)用。

5 結(jié)論

低密度聚乙烯裝置對氮?dú)饷詫m密封壓縮機(jī)刮油環(huán)組結(jié)構(gòu)改造之后徹底解決了潤滑油泄漏情況，一組新型刮油環(huán)組具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)有效的油封

(a)降低油耗和成本；

(b)降低監(jiān)測和補(bǔ)油的勞動(dòng)成本；

(c)降低清理和處置費(fèi)油的成本；

(d)保護(hù)環(huán)境；

(e)易于管理；

(f)確保了無油工況的安全性；

(g)防止填料潤滑油的污染和變質(zhì)。

(2)有效的氣封

(a)提高安全性；

(b)防止氣體竄入曲軸箱；

(c)避免曲軸箱油質(zhì)被污染。

(3)操作上的優(yōu)點(diǎn)

(a)提高了壓縮機(jī)運(yùn)行可靠性，減少了停工期；

(b)非金屬的換組，有效的保護(hù)了活塞桿；

(c)結(jié)構(gòu)簡單，單個(gè)環(huán)槽更易于改造。