工藝用壓縮機節能技術研究

張玉琪，許賢文(陜煤集團榆林化學有限責任公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

長期以來，中國石油化工企業對于工藝用壓縮機，在節能降耗方面并沒有予以足夠的重視，石油化工企業中的相關技術、管理人員，只單純的重視運行中的安全性以及可靠性，缺乏對于經濟層面的分析探討。由此，提升工藝用壓縮機在生產中的能力，減少運行中的經濟成本消耗，是石油化工企業實現提升產能、降低生產設備能耗目標的重要手段，其中挖掘工藝用壓縮機在節能方面的潛力具有至關重要的作用，也是促進石油化工企業在未來實現健康、長遠的可持續發展的重要途徑。

1 氣閥是影響工藝用壓縮機能耗的關鍵因素

氣閥是壓縮機重要組成組件，其質量以及性能會對壓縮機在運行中的能耗造成直接影響，對于生產流程也會造成不同程度的影響。現階段，氣閥使用壽命較短，是石化企業亟待攻克的一個技術難題。如果這一難題得到有效解決，就可以延長石油化工領域的大型壓縮機的使用壽命，在節能降耗方面也可以起到至關重要的作用。

根據化工行業生產特點，工藝用壓縮機氣閥在耗能所造成的影響體現在兩方面：第一，氣閥阻力受損會影響壓縮機的功率；第二，氣閥使用壽命短，給安全生產帶來影響，生產設備經常出現故障，導致停車，從而對生產系統在備件、物料、人工等方面帶來了不同程度的損失。

1.1 影響氣閥能耗以及使用時長的原因

事實證明，氣閥應用時間短，通常情況下都是因為閥片在運動時不符合規律所導致。按照具體情況，通過觀察拆解下來的破損的氣閥可以發現，破壞形式通常情況下都是閥簧、閥片出現斷裂。而閥片出現斷裂的情況，通常都是徑向斷裂。通過對斷口裂紋的破損情況進行研究，可以斷定閥片出現斷裂的原因大部分都是由于撞擊過于頻繁所導致的。這就表明氣閥中的彈簧力度設計不科學，力度不論是過大還是過小，對于閥片在運動中的規律都會造成一定程度的影響，最終對氣閥在使用時長、能量損耗方面造成直接影響。因此，要想提升氣閥在應用中的時長以及降低能量損耗，關鍵要素就是氣閥的彈簧力。

(1)工藝用壓縮機在運行中的實際情況通常比較復雜，普遍原因都是受到化工程序出現更改，從而發生波動，一旦不穩定工況持續時間過長，而且額定壓力出現較大偏差時，一定會導致閥片運動的規律出現變化，從而致使閥片出現延遲關閉、顫振。

(2)工業用壓縮機在運行中如果長期低于設計工況，氣閥中的彈簧力度較大，閥片在運動中就會發生顫振。最終導致撞擊的頻率以及次數增加，損失急劇上升，導致使用時長降低[1]。

1.2 優化方法

根據實際工藝程序，對于氣閥發生破損的原因分析發現，在造成影響的所有因素中，氣閥彈簧力對于提升氣閥應用時長、減少流動阻力流失是一個重要參數。由此優化的重點就是，要按照工藝用壓縮機在長期運行中的實際情況，對于氣閥在結構參數方面進行改進，重新針對氣閥彈簧力進行確定，讓閥片在運動中可以維持一個相對良好的規律，從而讓氣閥的使用時長得到有效延長，盡量讓壓縮機在運行中的穩定性得到有效增強，最終實現安全生產節能降耗的效果。

針對上述高壓級別的排氣閥，結合運行中的實際情況，對于結構的原本參數進行合理修正，針對氣閥在彈簧力方面重新做出調節，讓氣閥功率在損失方面得到降低，讓閥片在運動中的規律更符合科學性，也讓使用時長提升2～3倍。此外，提升使用時長，延長安全運行的時間，降低故障停車帶來的經濟損失，可以有效節省檢修以及備件過程中的費用，至少能提升高于3%的生產能力，每年節約能耗以及效率增加可以達到2%～3%，還能夠在經濟以及社會層面收獲更好的效益[2]。

2 活塞環對耗能造成的影響

對于活塞壓縮機而言，活塞環是其中一個重要部件，但易損性極高。其壽命、性能和生產系統在效益及產量方面有直接聯系，會對于系統在生產順序方面造成直接影響。因此，現階段針對活塞環在使用壽命上進行提升，并對活塞環在摩擦特性方面進行優化以及完善，對工藝壓縮機的創新而言至關重要。現階段活塞壓縮機氣缸的潤滑方式有油潤滑、無油潤滑兩種方式。

在有油潤滑壓縮機中，鑄鐵活塞環是應用最多的一個材料，主要的優點是，活塞環為金屬，而且應用有油潤滑在摩擦層面造成的損失小，導熱性能好，潤滑油還能夠達到密封的效果，而且還可以夾帶一些活塞環與氣缸之間產生摩擦，從而出現熱量。缺點是壓縮氣體中包含潤滑油壓縮的介質，會受到不同程度的污染。

在無油潤滑壓縮機中，填充聚四氟乙烯的活塞環是應用最多的一種材質。主要優點是壓縮氣體不會受到空氣的污染，缺點就是材質強度會受到一定的限制，泄漏量以及摩擦功率高。因此，工藝氣體如果針對純度和壓力沒有過高要求，尤其是對壓力要求不高的，可以使用少油潤滑的方法對其缺點進行彌補，就是指活塞環使用填充聚酰胺材料，通過少量潤滑油進行潤滑的方法。此方法就綜合性而言，能夠在經濟性、可靠性方面收獲更好的效果。

2.1 活塞環中摩擦以及機械二者之間的性能比較

針對經典活塞環普遍應用的材料，在機械能方面進行分析比對。填充聚酰胺材料的機械強度要比鑄鐵的材料強度高。活塞環主要承受的力度有剪切力、壓力，尤其是高壓機中的活塞環，因為邊緣壓力差異較高，活塞環應用的材料在強度方面就至關重要。因此，針對工藝用壓縮機中的高壓機活塞環，通常情況下會使用填充聚酰胺材料，此材料能夠合理提升設備得使用壽命。

對活塞環的材料以及高壓氣缸應用的碳鋼材料展開對磨，從而在摩擦方面對特性進行比較，在摩擦試驗機器上，對活塞環以及氣缸二者之間的摩擦情況進行模擬。模擬時主要包含3種方式：填充聚四氟乙烯的活塞環在碳鋼氣鋼無油條件下進行的潤滑、填充聚酰胺的活塞環在碳鋼氣鋼應用正常潤滑油料的1/2所開展的潤滑、鑄鐵活塞環在碳鋼氣鋼正常油量下進行的潤滑。實驗結果如圖1所示。

圖1 摩擦特性曲線對比

按照3種潤滑條件，不同情況下開展的對磨，發現3種材料在摩擦方面的性能沒有太大差異。但應用填充聚酰胺作為活塞環的材料，并進行少油潤滑時，優勢是填充聚酰胺在機械層面的強度更高、耐溫性強，可以讓潤滑油得到合理節省。尤其是適合應用在工藝壓縮機中的高壓機活塞環，活塞側邊的壓力差值相對較大時，就表示機械強度越好，可以讓應用時長壽命得到有效增加[3]。

2.2 運行結果以及研究

在合成氨系統中，對工藝壓縮機的5級、6級活塞環進行了改造。活塞環側邊壓力最大差值可以達到10～14 MPa，圓柱體活塞環使用有油潤滑，通常情況下會出現斷裂或者破壞，使用中的時長只有3 000 h。對于活塞環質量進行更改，應用填充聚酰胺，并且在降低一半潤滑油的情況下進行，可以獲取更好的效果。

相較于有油潤滑而言，潤滑油對氣體造成的污染會減小。從而讓活塞環在強度方面得到合理保障，并對活塞環通常發生的損壞、破裂等問題進行合理解決。讓使用時長可以提升2～3倍左右時間，超過8 000 h。現階段，每一年僅僅是在故障停車、節約檢修方面導致的經濟損失，就已經超過20萬元。由此針對高壓級的活塞環壓縮機中添加微量的潤滑油，針對生產系統以及產品質量不會造成太大影響的狀況下，盡最大可能應用填充聚酰胺的少油潤滑方法。此方案所用到的材料性能較好，省油、省功、少泄漏，可以讓應用時長得到有效提升，讓產量得到增加。

3 結語

綜上所述，要想讓工藝用壓縮機實現節能減耗，就需要根據化工生產中的實際情況，按照常見故障、壓縮介質運行工況等，對運行參數進行深層次的優化以及完善，并對特殊部件在結構參數方面進行分析，從而達到降低功率損耗、延長機器運行時長、提高容易損耗部件使用壽命、節約潤滑油、節水、省功等目的。降低因為故障停車、備件更換以及對生產系統造成的一系列經濟損失。對潤滑情況進行優化，降低泄漏現象、提升排氣量，最終讓產量得到提升，讓生產裝置在經濟層面的效益得到提高。