空分圓筒式增壓機止推瓦高溫原因與處理

陳新治

(新鄉中新化工有限責任公司, 河南新鄉 453800)

近年來，隨著煤化工和大型石油煉化項目的發展，空分裝置的需求量不斷增加。空分裝置的工作原理是根據空分中各組分沸點不同，經過加壓、預冷、純化，并用膨脹機和高壓節流閥提供冷量使空氣液化，再通過精餾塔進行精餾，從而獲得所需要的氧、氮、氬產品[1]。

新鄉中新化工有限責任公司(簡稱中新化工)空分裝置中的圓筒式增壓機由陜西鼓風機集團公司(簡稱陜鼓集團)生產。該空分圓筒式增壓機是陜鼓集團首套40 000 m3/h空分配套設備，由蒸汽輪機提供動力，通過變速系數為1∶2.22的增速箱，將增壓機轉速升至10 900 r/min左右，進口壓力設計為0.5 MPa，進口氣體體積流量為139 000 m3/h，出口壓力為6.2 MPa。一段中抽體積流量為5 000 m3/h、壓力為1.2 MPa儀表空氣，二段中抽體積流量為65 000 m3/h、壓力為2.7 MPa膨脹空氣，剩余體積流量為69 000 m3/h、壓力為6.2 MPa高壓空氣經過高板換熱器去高空節流閥。目前增壓機止推瓦運行時溫度達到117 ℃左右，報警溫度為110 ℃，連鎖溫度為120 ℃(二選二連鎖)，嚴重影響空分氧氣產量。為保障裝置安全，提高氧氣產量，對增壓機平衡盤和止推瓦進行優化升級改造，實現裝置滿負荷長周期穩定運行。

1 原因分析

空分圓筒式增壓機為單軸增壓設備，隨著壓力的提升，壓縮氣體的作用力全部作用于軸上，且全部為高壓端推向低壓端。經過設計方陜鼓集團計算:該作用力在末機出口壓力可達6.2 MPa；進氣量為139 000 m3/h時，止推盤上承力約為6 t。此時超過推力軸承的承力范圍，導致主止推瓦溫度超標[2]。

由于主止推瓦進油方式不合理以及主副止推瓦進油設置單根油管，2套止推瓦作用時間存在很大區別。副止推瓦主要在開車前或者停車后起作用，而主止推瓦在生產過程中起作用，如果單根油管供油，工作狀態下容易造成油量分配不均。

2 改造措施

2.1 加大平衡盤

2013 年第二次改造時,加大平衡盤直徑至310 mm，此時推力軸承比壓為1.03 MPa，符合軸承設計規范要求[2]。針對空分機組增壓機止推瓦溫高問題，陜鼓集團將這種機型的推力軸承比壓范圍調整為-0.68～0 MPa，有的機組甚至用到更小值[3]。

經陜鼓集團試計算，當加大平衡盤直徑至320 mm 時，推力軸承比壓為-0.72 MPa，能夠解決軸向力過大引起的止推瓦溫高問題。

平衡盤處改造結構，見圖1所示。

圖1 平衡盤處改造結構

2.2 平衡盤金屬軟密封

金屬軟密封是指在密封體上噴涂硅鋁混合物，使轉子上密封片與密封體接觸，從而實現較小的密封間隙，以達到增強密封的效果。此次改造中，減小平衡盤密封間隙(單邊0.10～0.15 mm)，具體結構見圖2。

圖2 平衡盤金屬軟密封

2.3 止推瓦優化

為了進一步優化軸承性能，使其高溫下運行穩定、安裝方便，對推力軸承做相應優化：增大輸油管內徑，改變支點位置，采用軍工用瓦面巴氏合金提高運行穩定性，改進上下平衡塊的材質，提高加工精度。

2.4 改進隔板

將第五級和第六級擴壓器進口處處理成圓角(輪蓋側)，使從葉輪出來的介質能夠更順暢地進入擴壓器。具體結構見圖3所示。

圖3 改進后的圓角隔板

3 改造效果

2018年2月開車試運行，結果顯示：平衡管放空氣體全部得到回收；增壓機壓力穩定控制在5.85～5.95 MPa范圍；低負荷下，止推瓦TI4723溫度為84.2 ℃、TI4724溫度為75.5 ℃；增壓機的放空氣量得到回收后，氣體未浪費；泄漏量減少，增壓機效率明顯提高。本次改造比前幾次效果更好，證明了該改造方法可行。

4 結語

空分圓筒式增壓機是陜鼓集團早期引進德國曼透平技術后自主研發的設備，在經過對軸瓦、隔板以及密封改造后，基本滿足空分滿負荷生產[4]，同時投資少、占地面積小、操作簡潔。本次返廠后，經過陜鼓集團專家的研究，找出了主止推瓦溫度高的原因，通過改造解決了增壓機運行中溫度高、位移大的問題。