4M20型脫硫閃蒸氣壓縮機運行優化及改造

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4M20型脫硫閃蒸氣壓縮機運行優化及改造

陳振文孫興輝

(山東兗礦魯南化工有限公司山東滕州277527 )

1壓縮機運行現狀

山東兗礦魯南化工有限公司凈化工段共有2臺4M20- 61/0.3- 3+90/3- 10型脫硫閃蒸氣壓縮機(1開1備)，為四列二級壓縮對稱型壓縮機，閃蒸氣均先由其一級氣缸壓縮提壓至0.3 MPa，再進入二級氣缸提壓至1.0 MPa。2臺脫硫壓縮機運行初期均不穩定，壓縮機打氣量達不到設計值，不能滿足工藝需求；另外，中體填料處H2S泄漏嚴重，H2S竄入潤滑油箱造成潤滑油變質、H2S腐蝕油泵電機線圈，現場氣體中H2S含量嚴重超標。

2壓縮機優化改造

2.1活塞環優化改造

活塞環的材質選擇聚四氟乙烯，活塞環結構根據《活塞式壓縮機設計手冊》關于活塞環結構的規定設計，中型壓縮機都采用整環開口設計；填充聚四氟乙烯活塞環一般制成矩形截面的開口環。

根據活塞環為開口圓環，在自由狀態下，其外徑大于氣缸的內徑，裝入氣缸后，環徑縮小，僅在切口處留下一個熱膨脹間隙。活塞環開口間隙值K根據材料的熱膨脹系數a(不考慮氣缸的膨脹)進行計算：

K=3.14Da(t1-t2)

式中:D——氣缸直徑，mm；

a——活塞環材料的線膨脹系數，℃-1；

t1——活塞環最高工作氣溫(可取排氣溫度)，℃；

t2——活塞環加工檢驗時環境溫度，℃；

K——活塞環開口間隙值，mm。

根據GB 1036—1970中對聚四氟乙烯線膨脹系數的規定，可以查得在20～150 ℃時，a=11.4×10-5℃-1，D=750 mm，t2取20 ℃，t1取147 ℃(正常排氣溫度)，則：

K=3.14×750×11.4×10-5×(147-20)

=0.97(mm)

活塞環軸向高度H=(0.5～1.0)T=9.13～18.26(mm)。

當聚四氟乙烯活塞環軸向高度過小時,易折斷，壽命短，因此，選取軸向高度H=15 mm。活塞環數目根據活塞環前、后氣體壓差選擇(見表1)。

表1活塞環前、后氣體壓差與活塞環數目的關系

壓差Δp/MPa<1約35~1010~1515~20環數N/個2~4約55~65~75~7

從表1可以看出，活塞環前、后氣體壓差<1 MPa時，可設計選取3個活塞環。根據上述方法，計算出另外三段缸活塞環的數量以及尺寸。

2.2設計N2隔離器，預防H2S泄漏

雖然對活塞環進行重新優化設計，但是密封不是絕對的，由于填料密封泄漏，導致氣缸內富含H2S的閃蒸氣竄入中間接筒處，造成中間接筒處填料環潤滑油嚴重腐蝕變質，并且在填料內結垢形成油泥，密封效果極差。H2S竄入曲軸箱內會污染潤滑油，大大影響壓縮機的運行周期，并且現場H2S濃度過高，嚴重威脅巡檢人員的安全。

經查閱圖紙確認，脫硫壓縮機接筒端空間有富余，建議在接筒側密封環處增設保護氮氣，以阻止H2S竄入曲軸箱內。根據對氣體充壓密封的了解，在脫硫壓縮機的中間接筒處增設了N2隔離器，即利用填料函的形式在中體部位通入1.0 MPa(根據氣缸的排氣壓力確定)的N2用于隔離，N2阻止了因填料失效泄漏的H2S氣體竄入中體和曲軸箱，杜絕H2S侵入潤滑油，延長了潤滑油的使用壽命，減輕H2S向大氣中泄漏，保護環境。

2.3壓縮機潤滑系統的重新設計

針對壓縮機出現夏季油溫居高不下、油品變質快、油泵電機頻繁出現線圈腐蝕跳車等問題，對潤滑系統進行了相應的設計改進。

2.3.1更換油冷換熱器

壓縮機油冷器為列管式換熱器，其換熱面積為16 m2。在夏季，由于氣溫的上升，油池溫度達50 ℃以上。潤滑油的油溫高，不能及時帶走壓縮機各運轉部件的摩擦熱，嚴重影響了油壓和壓縮機的穩定運行。為提高油冷器的換熱效果，將油冷器更換成換熱面積40 m2的板式換熱器。

2.3.2重新設計稀油站齒輪油泵支架

脫硫閃蒸氣壓縮機稀油站的齒輪油泵電機頻繁故障跳車。根據對稀油站油質以及油箱內氣體成分分析，發現稀油站內有揮發性的H2S氣體。H2S氣體遇水有腐蝕性，對電機的線圈會造成腐蝕，因而會出現電機頻繁發生故障的現象。原有齒輪油泵支架為鏤空式，油箱內氣體可以竄到電機內，因此，對油泵支架重新設計，改為全面密封式，杜絕H2S氣體揮發腐蝕電機。

圖1　油泵支架具體設計示意

由于需保證油泵支架上下連接面的密封以及同軸度，決定自行設計加工。為節約成本，將油泵支架設計成3個部分，并且在上下連接面都加工凹槽與中間連接管相配合，裝配后再焊接。油泵支架具體設計示意見圖1(圖中上下蓋板的槽寬與Φ219 mm不銹鋼管的壁厚相對應，保證短管能夠放到槽內)。

2.3.3設計U形潤滑油回油管路

由于曲軸箱內存在殘留的H2S氣體，原曲軸箱回稀油站油管路為一條幾乎水平的管道，因此H2S氣體會隨著潤滑油一起到達稀油站，污染油質。由于曲軸箱內H2S氣體是常壓氣體，在曲軸箱至稀油站之間設計U形管，在U形管處形成油封，杜絕了曲軸箱內殘存的少量H2S竄入稀油站。

3結語

本次所有改造費用約為35萬元。脫硫閃蒸氣壓縮機改造完成后，運行比較平穩，能滿足工藝需求，現場H2S氣體氣味明顯減輕，不僅保護環境，更有利于保證現場操作人員人身安全。

(收到修改稿日期2015- 06- 24)