3VRZ250/430G型氯氣壓縮機的性能與應用

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，引進了西門子透平機機械設備有限公司生產的離心式氯氣壓縮機，壓縮機型號：3VRZ 250/430G，壓縮機的外殼采用單軸多級水平分解設計。采用有3個氣室的雙迷宮密封，用干燥氮氣或儀表風作為緩沖氣。內部的各個氣室有壓力補償并連接到吸氣側。通過調節閥門可以來調整緩沖氣的壓力。中間的氣室將緩沖氣與處理氣體的混合氣排到廢氣處理。該壓縮機還采用了進口可調導葉及其自動調解系統，因為這種方法符合“高效、經濟、節能”的要求。使用進口可調導葉在正常運行工況下可減少壓縮機進口流量，從而節省功耗。

1 機組的主要性能參數

工作介質：干氯氣；壓縮機自身氯氣流量：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；轉子速度：8 698 r/min；壓縮機軸耗功：423 kW。

2 主要結構及工作原理

2.1 主要結構

西門子3VRZ 250/430G結構設計：外殼、引導輪、氣封、填料環、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子。在一級葉輪前面有1個初步引導設備，可以限制調整輸送量。1個密封可調的驅動器位于外殼上，可用于調整。各個初級導葉的度數設置可以從刻度表上看出。一級到三級的引導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，三級的反向結構會帶來結構長度上的縮短。各個分開的階段彼此通過安裝在引導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部分氣封實現的，內部氣封室相互之間通過平衡管線相連，同時還與內置設備相連。這樣在入口和出口就達到了壓力平衡，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被泵從壓縮機抽至機身。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入介質。

（1）轉子

轉子由1個熱鍛軸和3個由優質鋼制作而成、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行超速測試。轉子在運行狀態時動態平衡，這樣壓縮機就可以實現低振動運轉。氣體由于受旋轉離心力的作用，以及在葉輪里的擴壓流動，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壓器后面的氣體匯集起來并引出壓縮機。此外，在外殼出口處，氣流速度還有一定數值，故設置1個錐行排氣管，也像擴壓器一樣，是氣流起到一定的降速擴壓作用。

（3）導輪和迷宮密封

引導輪、氣封、填料環、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，不會產生過熱。需要密封氣體35 Nm3/h（包含有主機前后密封氣17×2 Nm3/h，油箱和齒輪箱軸承密封氣12 Nm3/h）和內部密封室的壓力差0.025 Bar。

（4）壓縮機的軸承布局

轉子裝配有2個帶強制潤滑的徑向軸承。內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。在軸承支架內的深槽銷釘的作用下軸承外殼保持不變型，并且與其軸承支架緊密相連。必須嚴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。為了達到緊密連接，原始安裝間隙需要限制在0.5 mm內。轉子的軸向推力由一個雙向壓縮機的推力軸承提供，該雙向壓縮機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子和徑向軸承緊貼。在開車或停車過程中的非滿負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油管的屏幕進行調節。軸承的溫度監控由傾斜部件上的熱導溫度計實現的。

2.2 工作原理

3VRZ 250/430G型氯氣壓縮機是離心式壓縮機，是通過高速旋轉的葉輪運動產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，壓縮機分為幾段壓縮，每段之間設有中間冷卻器，以使升溫后的壓縮氣體降溫。氯氣壓縮機工作簡圖見圖1。

圖1 氯氣壓縮機工作簡圖

氯氣壓縮機分為氯氣系統，潤滑系統，干燥空氣系統和儀表控制系統。

（1）氯氣壓縮機的氯氣系統

氯氣系統包括離心式氯氣壓縮機、氯氣冷卻器及系統管道、閥門等管件組成。主要任務是保證安全的輸送氯氣及流量的調節。包括轉子、擴壓器、吸氣室、外殼、密封件、軸承、機架組成。

（2）氯氣壓縮機潤滑系統

該機組的潤滑部位為壓縮機的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，由于轉子轉速高達8 885 r/min，所以潤滑是關鍵。主要設備包括油箱、油泵、油冷卻器、濾油器等設備組成。

（3）空氣密封系統

離心式壓縮機必須使用含濕低于50×10-6的空氣進行密封，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入氯氣壓縮機，壓縮到0.20~0.24 MPa。氯氣壓縮機入口管設有從壓縮機出口回流部分氣體的旁路管，在自動控制的可調導葉閥和防喘回流調節閥的控制下，控制氯氣壓縮機系統吸入口的壓力穩定和防喘振。同時為了保證電解和氯氣洗滌冷卻干燥系統的氯氣總管壓力穩定，在壓力的控制下從氯氣壓縮機出口再引一股氯氣回流到壓縮機入口。氯氣壓縮系統設有段間冷卻器，用循環冷卻水及冷凍水冷卻壓縮后的氯氣，以保證出壓縮機系統的氯氣溫度不大于45℃。經壓縮并冷卻到約45℃氯氣經氯氣分配臺大部分送往氯化氫及鹽酸工序生產鹽酸，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，以保證系統平穩運行。冷卻壓縮氯氣的循環回水要求無壓力，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。

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

（1）氯氣含水條件應滿足要求

進入氯壓機的氯氣含水要求在480×10-6以下，含水量過大會與氯氣結合變成氯水腐蝕氯壓機內部結構。這個條件必須達到，所以采用干燥裝置都是國內比較先進的裝置，填料干燥塔與泡罩干燥塔進行串連，嚴格操作，進行DCS控制，對干燥塔的溫度、濃度、壓力等多個指標進行控制，保證送出的氯氣水分合格。另外，氯氣在進入氯壓機前，有段管路在室外，約四五十米，夏天溫度高，易產生凝水與氯氣結合，及時發現這一問題，多氯氣管件進行了保冷措施。最后在氯壓機入口有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，氯壓機會自動跳停保護。

（2）密封氮氣去雜質

該公司使用氮氣進行氯氣密封，運行中發現進入氯壓機密封的氮氣中含有雜質，含碳較多，堵塞密封，造成密封流量多次降低，降低近聯鎖點，經公司協調，將來的氮氣加套除碳設備，去除氮氣中的碳含量，又在氯壓機進氮氣入口加套過濾器，并將密封、管路進行了吹掃，保證氮氣純度。

（3）電機注油要嚴格要求

運行中應嚴格按規定給電機注油，因為一次注油沒有按照固定油量，校油過多，造成軸承溫度高產生聯鎖停車。所以以后每次校油都嚴格按照規定執行。

（4）冷卻器水溫達標

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

（5）防止喘振

目前，接觸到的氯壓機發生喘振一般有3種情況，壓縮機入口壓力過低；氯氣純度過低；壓縮機出口壓力過高；對應的3種措施：打開本機回流閥及旁路手閥，聯系調度降低生產負荷；檢查真空脫氯系統及氮氣密封是否有空氣或氮氣竄入；聯系該公司調度提高用戶的耗用氯氣量。

4 結語

3VRZ 250/430G型壓縮機屬關鍵精密設備，具有運轉平穩，故障率低，機組外型尺寸小，重量輕，占地面積少，投資省，運轉周期長，維修工作量小，調節性能好，自動化程度較高，不需要備用機組等優點；但也因為自動化程度較高，聯鎖復雜，所以對人員的操作水平也相應提高，要對操作人員嚴格培訓，對壓縮機的各項指標嚴格監控，稍有不慎便會引起巨大的損失，影響整套裝置的生產。經過不斷的摸索和改進，運轉率和穩定性都有了顯著提高。