合成氨往復式循環機動力傳動方式改造總結

秦末榮,關銀龍，王曉紅

(山西天澤煤化工集團股份公司， 山西晉城 048026)

山西天澤煤化工集團股份公司是一家具有年產180萬t合成氨、300萬t尿素、36萬t甲醇、6萬t甲醛生產能力的大型煤化工企業。公司醇烴化深度凈化和氨合成裝置的循環機，均采用皮帶傳動方式，共有各種型號皮帶傳動的循環機13臺。

在省、市應急管理部門組織專家現場核查時，明確提出采用皮帶傳動的循環機無法滿足GB 50160—2018 《石油化工企業設計防火規范》5.7.7“可燃氣體壓縮機、液化烴、可燃液體泵不得使用皮帶傳動”[1]的要求，責令限期整改。

1 改造方案

經過調查和收集技術資料，決定將循環機皮帶傳動方式改造成聯軸器直聯方式。設計2個改造方案：方案一是直接更換電機，電機與循環機之間采用聯軸器連結，由電機直接帶動循環機，將現有的8級電機改為20級電機，滿足循環機的轉速要求；方案二是在不更換電機的前提下，增加減速機以滿足循環機轉速要求。綜合分析后認為方案一改造費用高、時間長。1臺450 kW、6 kV防爆電機費用為35萬～40萬元，重新做基礎需要長時間停車，對正常生產造成極大影響。方案二投資少、基礎工作量小，不影響正常生產，但國內未有先例，創新有一定技術、安全風險。最終，決定與上海吳江大隆設備制造公司合作，采用化工廠4#(DZW-4/28.9-31.4)合成循環機為首臺循環機傳動裝置改造方案。

DZW-4/28.9-31.4合成循環機屬于單級、對置、雙缸、雙作用活塞往復式壓縮機。其機身由曲軸箱與中體組成，曲軸兩端采用滾動軸承，主十字頭與副十字頭通過連接件組成整體，使左右活塞做同步運動[2]。由于只有1個曲拐，活塞做往復運動時，往復慣性力對曲軸有一定沖擊，曲軸旋轉時受交變載荷影響，且轉動角速度不均勻，造成設備振動和沖擊。為此，需要安裝飛輪來平衡[3]。飛輪的慣量用來克服阻力，帶動連桿越過上下止點，使轉動角速度均勻，保證設備運行平穩。皮帶傳動的循環機之所以運行平穩，是由于大皮帶輪在帶動皮帶運轉、降低運動轉速的同時，也起到了飛輪慣量平衡的作用。

該問題的解決方案有兩種：一是取消循環機的大皮帶輪，重新設計加工飛輪，安裝在循環機主軸一側，與減速機輸出軸聯軸器相連；二是利用現有的大皮帶輪改造成飛輪。通過比較，認為保留原有大皮帶輪產生慣量的作用以滿足循環機運行的平穩性更具有合理性。首先，原大皮帶輪兩側均有支撐，受力更好。如重新制作飛輪，需懸臂安裝在循環機主軸上，循環機主軸軸承會承受很大的力。其次，保留原有大皮帶輪，不會改變循環機主軸的受力。改造措施為：循環機現場位置加裝1臺直角式減速器(如果位置合適可選平行輸出軸)；更換大皮帶輪軸為加長軸，通過剛性聯軸器，直接與直角減速器連接；電機皮帶輪更換為剛性聯軸器，與直角減速器連接[4]。改造前后設備布置分別見圖1和圖2。循環機技術參數見表1。

表1 循環機技術參數表

1—主電機；2—小皮帶輪；3—大皮帶輪；4—皮帶；5—皮帶輪軸；6—循環機。

1—主電機；2—減速機高速聯軸器；3—減速機；4—減速機低速軸聯軸器；5—飛輪加長軸；6—循環機。

需要加工和購買的備件主要有直角減速機、大皮帶加長軸、主軸與減速機剛性聯軸器、減速機與電機剛性聯軸器等，總計費用約為15萬元。

2 試車結果及存在問題

72 h試車后，循環機運行情況見表2。

表2 改造前后運行主要參數對比表

試車結果及存在問題如下：

(1) 循環機運行平穩，在啟動、運行、停機過程中無振動。

(2) 減速機傳動轉速比皮帶傳動快6 r/min，可保證循環機打氣量要求。

(3) 減速機傳動電流比皮帶傳動電流高約1A，平均耗電比皮帶傳動高23.75 kW·h。

(4) 循環機的減速機油溫和軸承溫度較高，需增加油冷器對潤滑油進行降溫。

3 進一步優化改進措施

增加1臺換熱面積為4 m2的油冷器對減速機潤滑油進行降溫。現正常滿負荷運行時，減速機油溫和減速機軸承溫度均可控制在50 ℃以下，可保證裝置長周期運行。

4 結語

循環機傳動方式由皮帶傳動改為減速機剛性聯軸器傳動后，截至目前，循環機已經連續運行25 d，從運行平穩性和安全性上均達到了要求。同時，單臺設備投資約為15萬元，比更換電機費用(大約37萬元)減少22萬元。如果對13臺循環機全部改造，總共節約286萬元，具有良好的經濟效益。