螺桿壓縮機(jī)在純堿生產(chǎn)中的應(yīng)用

南長(zhǎng)文，袁自成，張琰荊

(1.金昌氨堿源化工有限公司，甘肅 金昌 737100；2.上海開山氣體壓縮機(jī)有限公司，上海 200000)

金昌氨堿源化工有限公司合成氨聯(lián)堿裝置搬遷升級(jí)改造項(xiàng)目2018年立項(xiàng)以來，我司認(rèn)真細(xì)致的考察了純堿行業(yè)在用的濃氣及清洗氣壓縮機(jī)，最終采用開山集團(tuán)的螺桿壓縮機(jī)，并在生產(chǎn)中做出技術(shù)改進(jìn)。重新設(shè)計(jì)了一套軸封充氣及回油系統(tǒng)，解決潤(rùn)滑油泄漏問題，達(dá)到密封的目的；解決了濃氣二氧化碳的流量不穩(wěn)定，在進(jìn)口壓力低緊急停車時(shí)，由于出口壓力高、進(jìn)口壓力低，在壓差的作用下，可能的陰陽轉(zhuǎn)子高速反轉(zhuǎn)，引起設(shè)備損壞問題；解決了油槽中潤(rùn)滑油會(huì)被高速運(yùn)轉(zhuǎn)部件甩出并飛濺和霧化，避免大量油霧在聯(lián)堿車間廠房?jī)?nèi)彌漫，造成環(huán)境污染；提高了壓縮機(jī)的效率減少額外消耗功率。

1 濃氣、清洗氣螺桿壓縮機(jī)技術(shù)參數(shù)

濃氣螺桿壓縮機(jī)主要作用是將濃CO2氣體加壓進(jìn)入碳化塔中，與氨鹽水進(jìn)行碳化反應(yīng)，生成碳酸氫鈉結(jié)晶和氯化銨母液。

清洗氣螺桿壓縮機(jī)主要作用是將清洗氣從碳化塔底通入，使塔頂加入的氨母液不斷攪動(dòng)融合，增加碳化塔結(jié)疤物溶解速度。

表1 螺桿壓縮機(jī)技術(shù)參數(shù)表

表2 濃氣及清洗氣成分(V%)

2 螺桿壓縮機(jī)的優(yōu)勢(shì)

聯(lián)堿法制堿用濃氣壓縮機(jī)，屬于工藝流程壓縮機(jī)，一旦壓縮機(jī)故障停車，工藝流程就會(huì)中斷，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)影響很大，因此要求壓縮機(jī)能長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，可靠性高。此次合成氨聯(lián)堿裝置搬遷升級(jí)改造項(xiàng)目，新投用兩臺(tái)濃氣螺桿壓縮機(jī)、兩臺(tái)清洗氣螺桿壓縮機(jī)。壓縮機(jī)組自工藝氣調(diào)試試車、投用以來有以下特點(diǎn)。

1)動(dòng)平衡性能好，可靠性高，零部件少，沒有易損件，因而運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、壽命長(zhǎng)，螺桿主機(jī)機(jī)頭設(shè)計(jì)壽命在20年。

2)機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，容積效率較高，對(duì)于濃氣中所含的雜質(zhì)(主要為塵污等)，幾乎不受其影響，這方面較離心及往復(fù)式壓縮機(jī)優(yōu)越。

3)在滿足同等的工藝參數(shù)的前提下結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，基礎(chǔ)及廠房占地面積比往復(fù)式壓縮機(jī)小20%。

4)輸出氣量連續(xù)均勻且不受排氣壓力影響，氣流脈動(dòng)小，能在較寬的工況范圍內(nèi)保持高效率。在氣量較小時(shí)，也不會(huì)像離心式壓縮機(jī)一樣產(chǎn)生喘振，影響機(jī)組正常運(yùn)行。

5)單機(jī)輸出氣量大，在大型堿廠顯示出優(yōu)勢(shì)，所需操作和維護(hù)人員少。

6)純堿用螺桿壓縮機(jī)采用噴水螺桿，兼有冷卻、潤(rùn)滑、密封和對(duì)含塵氣有凈化作用，同時(shí)也可保持氣體潔凈，不受潤(rùn)滑油脂污染。

3 聯(lián)堿生產(chǎn)用螺桿壓縮機(jī)的完善和改進(jìn)

為保證壓縮機(jī)組安全運(yùn)行，壓縮機(jī)廠在對(duì)濃氣及清洗氣壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行提前完善及改進(jìn)，以期機(jī)組能滿足純堿生產(chǎn)的需要。

1)濃氣及清洗氣壓縮機(jī)組軸封采用迷宮密封+多級(jí)充氣碳環(huán)密封，確保在正常工況以及開停車時(shí)工藝氣不向外泄漏，同時(shí)阻止?jié)櫥瓦M(jìn)入工藝氣內(nèi)。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸封外圓表面與軸封蓋之間存在間隙，此間隙是保證裝配必不可少的，對(duì)于此處的潤(rùn)滑油泄漏問題，重新設(shè)計(jì)了一套軸封充氣及回油系統(tǒng)，來消除此間隙，達(dá)到密封的目的。

2)螺桿陰陽轉(zhuǎn)子為馬氏體不銹鋼、整體鍛件制造，充分考慮到CO2環(huán)境下的腐蝕情況。同時(shí)轉(zhuǎn)子型線采用Y-2型線(開山專利)，Y-2型線的設(shè)計(jì)和制造，充分考慮了工藝氣進(jìn)入壓縮機(jī)時(shí)壓力、雜質(zhì)等波動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子所能承受的交變應(yīng)力，以保證將工藝氣中的雜質(zhì)顆粒順暢的排出，并起到更好的密封作用，提高壓縮機(jī)的效率。當(dāng)流量變化在88%～100%，可采用提升閥(開山專利)實(shí)現(xiàn)，該閥門在壓縮機(jī)吸氣階段進(jìn)行調(diào)節(jié)，不會(huì)額外消耗功率，可實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)軸功率的同比例節(jié)約。

3)在機(jī)組運(yùn)行過程中，油槽中的潤(rùn)滑油會(huì)被高速運(yùn)轉(zhuǎn)部件甩出，使油飛濺和霧化，當(dāng)油霧聚集到一定程度就會(huì)從密封部件和轉(zhuǎn)動(dòng)部件結(jié)合處溢出，使大量油霧在聯(lián)堿車間廠房?jī)?nèi)彌漫，造成環(huán)境污染、威脅系統(tǒng)正常運(yùn)行。為解決這一問題，在壓縮機(jī)主機(jī)上設(shè)計(jì)時(shí)就設(shè)有油分芯，釋放殼體內(nèi)部壓力，聚集通過的油霧。此外在油箱上安裝有油霧風(fēng)機(jī)，通過風(fēng)機(jī)產(chǎn)生壓力，將油箱及油管道抽成微負(fù)壓，抽出的帶有油霧的氣體經(jīng)過過濾分離等措施后，即可放空。

4)濃氣及清洗氣中CO2含量較高，溶于噴液軟化水中，有很強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)出口管道沖刷嚴(yán)重，特別是閥門閥芯及管道彎頭處。因此在這些關(guān)鍵部位都選用奧氏體不銹鋼材質(zhì)，有效抵御氣體腐蝕及沖刷，提高管道壽命。

5)機(jī)組配備完整的自我監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，運(yùn)用各種傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)如壓力、溫度、振動(dòng)等進(jìn)行采集，并通過現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)與控制柜之間的數(shù)據(jù)傳輸。利用控制柜中組態(tài)軟件開發(fā)的人機(jī)界面，不僅對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示及監(jiān)測(cè)，對(duì)出現(xiàn)的故障立即進(jìn)行聲光報(bào)警或者聯(lián)鎖控制。同時(shí)通過以太網(wǎng)連接，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、在線遠(yuǎn)程操作，包括遠(yuǎn)程操作、參數(shù)設(shè)定、系統(tǒng)設(shè)置、動(dòng)態(tài)監(jiān)視等。

6)由于濃氣及清洗氣中粉塵顆粒等含量較高，造成壓縮機(jī)進(jìn)氣過濾網(wǎng)經(jīng)常堵塞，效率降低，被迫經(jīng)常停機(jī)處理。為解決該問題，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)改造，在過濾網(wǎng)上增加清洗裝置，實(shí)現(xiàn)在不停機(jī)的情況下清洗過濾網(wǎng)。同時(shí)，為了更好監(jiān)控過濾網(wǎng)過濾網(wǎng)堵塞情況，配備了過濾網(wǎng)壓差變送器，對(duì)過濾網(wǎng)前后壓差進(jìn)行監(jiān)控和記錄，根據(jù)壓降情況對(duì)過濾網(wǎng)進(jìn)行清洗。

7)針對(duì)濃氣及清洗氣壓縮機(jī)組閥門、管道、儀表數(shù)量眾多的特點(diǎn)，將整個(gè)壓縮機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了模塊化、系列化設(shè)計(jì)，包含了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、碳環(huán)密封系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。在工廠預(yù)制最大化，現(xiàn)場(chǎng)安裝最小化，減少現(xiàn)場(chǎng)施交叉作業(yè)，地面、平臺(tái)預(yù)制最大化、高空作業(yè)最少化，減少高空作業(yè)潛在危險(xiǎn)。電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用PLC控制柜+馬達(dá)控制柜+操作面板的組合模式，電控系統(tǒng)在控制元件選擇、接線端子排列等方面進(jìn)行了統(tǒng)籌規(guī)劃和特殊設(shè)計(jì)，根據(jù)使用習(xí)慣配置操作按鈕和操作觸摸屏。

8)因上游企業(yè)供送濃氣二氧化碳的流量不穩(wěn)定，在螺桿壓縮機(jī)組因進(jìn)口壓力低緊急停車時(shí)，由于出口壓力高、進(jìn)口壓力低，在壓差的作用下，出口管線內(nèi)的氣體就會(huì)沿著轉(zhuǎn)子間隙反向回到入口管線，從而帶動(dòng)陰陽轉(zhuǎn)子高速反轉(zhuǎn)，引起設(shè)備損壞。為解決這一問題，設(shè)計(jì)時(shí)在進(jìn)排氣管道間增加一路緊急停車旁路管道，裝有氣動(dòng)閥組。在機(jī)組緊急停車時(shí)，氣動(dòng)閥自動(dòng)打開，以平衡進(jìn)出口壓力，從而阻止陰陽轉(zhuǎn)子出現(xiàn)反轉(zhuǎn)的情況。

4 結(jié) 語

2019年甘肅金昌氨堿源化工有限公司與開山集團(tuán)股份有限公司合作，結(jié)合本公司聯(lián)堿法的工藝特點(diǎn)，展開了濃氣及清洗氣螺桿壓縮機(jī)在聯(lián)堿法生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用研究，依靠各自自身技術(shù)力量，不斷創(chuàng)新，針對(duì)聯(lián)堿法特點(diǎn)對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)重新優(yōu)化設(shè)計(jì)，完全解決了目前濃氣及清洗氣螺桿壓縮機(jī)應(yīng)用在聯(lián)堿生產(chǎn)中的技術(shù)難題，通過純堿生產(chǎn)企業(yè)與設(shè)備制作廠家緊密協(xié)作，生產(chǎn)工藝與設(shè)備性能相結(jié)合，攻克了技術(shù)難關(guān)，對(duì)我國(guó)純堿企業(yè)的降本增效和高質(zhì)量發(fā)展有重要的意義。