螺桿壓縮機在純堿生產(chǎn)中的應用

南長文，袁自成，張琰荊

(1.金昌氨堿源化工有限公司，甘肅 金昌 737100；2.上海開山氣體壓縮機有限公司，上海 200000)

金昌氨堿源化工有限公司合成氨聯(lián)堿裝置搬遷升級改造項目2018年立項以來，我司認真細致的考察了純堿行業(yè)在用的濃氣及清洗氣壓縮機，最終采用開山集團的螺桿壓縮機，并在生產(chǎn)中做出技術改進。重新設計了一套軸封充氣及回油系統(tǒng)，解決潤滑油泄漏問題，達到密封的目的；解決了濃氣二氧化碳的流量不穩(wěn)定，在進口壓力低緊急停車時，由于出口壓力高、進口壓力低，在壓差的作用下，可能的陰陽轉(zhuǎn)子高速反轉(zhuǎn)，引起設備損壞問題；解決了油槽中潤滑油會被高速運轉(zhuǎn)部件甩出并飛濺和霧化，避免大量油霧在聯(lián)堿車間廠房內(nèi)彌漫，造成環(huán)境污染；提高了壓縮機的效率減少額外消耗功率。

1 濃氣、清洗氣螺桿壓縮機技術參數(shù)

濃氣螺桿壓縮機主要作用是將濃CO2氣體加壓進入碳化塔中，與氨鹽水進行碳化反應，生成碳酸氫鈉結晶和氯化銨母液。

清洗氣螺桿壓縮機主要作用是將清洗氣從碳化塔底通入，使塔頂加入的氨母液不斷攪動融合，增加碳化塔結疤物溶解速度。

表1 螺桿壓縮機技術參數(shù)表

表2 濃氣及清洗氣成分(V%)

2 螺桿壓縮機的優(yōu)勢

聯(lián)堿法制堿用濃氣壓縮機，屬于工藝流程壓縮機，一旦壓縮機故障停車，工藝流程就會中斷，對整個生產(chǎn)影響很大，因此要求壓縮機能長期連續(xù)運轉(zhuǎn)，可靠性高。此次合成氨聯(lián)堿裝置搬遷升級改造項目，新投用兩臺濃氣螺桿壓縮機、兩臺清洗氣螺桿壓縮機。壓縮機組自工藝氣調(diào)試試車、投用以來有以下特點。

1)動平衡性能好，可靠性高，零部件少，沒有易損件，因而運轉(zhuǎn)可靠、壽命長，螺桿主機機頭設計壽命在20年。

2)機組運行平穩(wěn)，容積效率較高，對于濃氣中所含的雜質(zhì)(主要為塵污等)，幾乎不受其影響，這方面較離心及往復式壓縮機優(yōu)越。

3)在滿足同等的工藝參數(shù)的前提下結構簡單、緊湊，基礎及廠房占地面積比往復式壓縮機小20%。

4)輸出氣量連續(xù)均勻且不受排氣壓力影響，氣流脈動小，能在較寬的工況范圍內(nèi)保持高效率。在氣量較小時，也不會像離心式壓縮機一樣產(chǎn)生喘振，影響機組正常運行。

5)單機輸出氣量大，在大型堿廠顯示出優(yōu)勢，所需操作和維護人員少。

6)純堿用螺桿壓縮機采用噴水螺桿，兼有冷卻、潤滑、密封和對含塵氣有凈化作用，同時也可保持氣體潔凈，不受潤滑油脂污染。

3 聯(lián)堿生產(chǎn)用螺桿壓縮機的完善和改進

為保證壓縮機組安全運行，壓縮機廠在對濃氣及清洗氣壓縮機在設計階段就進行提前完善及改進，以期機組能滿足純堿生產(chǎn)的需要。

1)濃氣及清洗氣壓縮機組軸封采用迷宮密封+多級充氣碳環(huán)密封，確保在正常工況以及開停車時工藝氣不向外泄漏，同時阻止?jié)櫥瓦M入工藝氣內(nèi)。壓縮機轉(zhuǎn)子軸封外圓表面與軸封蓋之間存在間隙，此間隙是保證裝配必不可少的，對于此處的潤滑油泄漏問題，重新設計了一套軸封充氣及回油系統(tǒng)，來消除此間隙，達到密封的目的。

2)螺桿陰陽轉(zhuǎn)子為馬氏體不銹鋼、整體鍛件制造，充分考慮到CO2環(huán)境下的腐蝕情況。同時轉(zhuǎn)子型線采用Y-2型線(開山專利)，Y-2型線的設計和制造，充分考慮了工藝氣進入壓縮機時壓力、雜質(zhì)等波動時，轉(zhuǎn)子所能承受的交變應力，以保證將工藝氣中的雜質(zhì)顆粒順暢的排出，并起到更好的密封作用，提高壓縮機的效率。當流量變化在88%～100%，可采用提升閥(開山專利)實現(xiàn)，該閥門在壓縮機吸氣階段進行調(diào)節(jié)，不會額外消耗功率，可實現(xiàn)壓縮機軸功率的同比例節(jié)約。

3)在機組運行過程中，油槽中的潤滑油會被高速運轉(zhuǎn)部件甩出，使油飛濺和霧化，當油霧聚集到一定程度就會從密封部件和轉(zhuǎn)動部件結合處溢出，使大量油霧在聯(lián)堿車間廠房內(nèi)彌漫，造成環(huán)境污染、威脅系統(tǒng)正常運行。為解決這一問題，在壓縮機主機上設計時就設有油分芯，釋放殼體內(nèi)部壓力，聚集通過的油霧。此外在油箱上安裝有油霧風機，通過風機產(chǎn)生壓力，將油箱及油管道抽成微負壓，抽出的帶有油霧的氣體經(jīng)過過濾分離等措施后，即可放空。

4)濃氣及清洗氣中CO2含量較高，溶于噴液軟化水中，有很強的腐蝕性，對出口管道沖刷嚴重，特別是閥門閥芯及管道彎頭處。因此在這些關鍵部位都選用奧氏體不銹鋼材質(zhì)，有效抵御氣體腐蝕及沖刷，提高管道壽命。

5)機組配備完整的自我監(jiān)測保護系統(tǒng)，運用各種傳感器對現(xiàn)場信號如壓力、溫度、振動等進行采集，并通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)與控制柜之間的數(shù)據(jù)傳輸。利用控制柜中組態(tài)軟件開發(fā)的人機界面，不僅對機組運行狀態(tài)進行實時動態(tài)顯示及監(jiān)測，對出現(xiàn)的故障立即進行聲光報警或者聯(lián)鎖控制。同時通過以太網(wǎng)連接，可以實現(xiàn)實時、在線遠程操作，包括遠程操作、參數(shù)設定、系統(tǒng)設置、動態(tài)監(jiān)視等。

6)由于濃氣及清洗氣中粉塵顆粒等含量較高，造成壓縮機進氣過濾網(wǎng)經(jīng)常堵塞，效率降低，被迫經(jīng)常停機處理。為解決該問題，經(jīng)現(xiàn)場改造，在過濾網(wǎng)上增加清洗裝置，實現(xiàn)在不停機的情況下清洗過濾網(wǎng)。同時，為了更好監(jiān)控過濾網(wǎng)過濾網(wǎng)堵塞情況，配備了過濾網(wǎng)壓差變送器，對過濾網(wǎng)前后壓差進行監(jiān)控和記錄，根據(jù)壓降情況對過濾網(wǎng)進行清洗。

7)針對濃氣及清洗氣壓縮機組閥門、管道、儀表數(shù)量眾多的特點，將整個壓縮機系統(tǒng)進行了模塊化、系列化設計，包含了驅(qū)動系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、碳環(huán)密封系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。在工廠預制最大化，現(xiàn)場安裝最小化，減少現(xiàn)場施交叉作業(yè)，地面、平臺預制最大化、高空作業(yè)最少化，減少高空作業(yè)潛在危險。電氣系統(tǒng)設計采用PLC控制柜+馬達控制柜+操作面板的組合模式，電控系統(tǒng)在控制元件選擇、接線端子排列等方面進行了統(tǒng)籌規(guī)劃和特殊設計，根據(jù)使用習慣配置操作按鈕和操作觸摸屏。

8)因上游企業(yè)供送濃氣二氧化碳的流量不穩(wěn)定，在螺桿壓縮機組因進口壓力低緊急停車時，由于出口壓力高、進口壓力低，在壓差的作用下，出口管線內(nèi)的氣體就會沿著轉(zhuǎn)子間隙反向回到入口管線，從而帶動陰陽轉(zhuǎn)子高速反轉(zhuǎn)，引起設備損壞。為解決這一問題，設計時在進排氣管道間增加一路緊急停車旁路管道，裝有氣動閥組。在機組緊急停車時，氣動閥自動打開，以平衡進出口壓力，從而阻止陰陽轉(zhuǎn)子出現(xiàn)反轉(zhuǎn)的情況。

4 結 語

2019年甘肅金昌氨堿源化工有限公司與開山集團股份有限公司合作，結合本公司聯(lián)堿法的工藝特點，展開了濃氣及清洗氣螺桿壓縮機在聯(lián)堿法生產(chǎn)工藝中的應用研究，依靠各自自身技術力量，不斷創(chuàng)新，針對聯(lián)堿法特點對設備結構重新優(yōu)化設計，完全解決了目前濃氣及清洗氣螺桿壓縮機應用在聯(lián)堿生產(chǎn)中的技術難題，通過純堿生產(chǎn)企業(yè)與設備制作廠家緊密協(xié)作，生產(chǎn)工藝與設備性能相結合，攻克了技術難關，對我國純堿企業(yè)的降本增效和高質(zhì)量發(fā)展有重要的意義。