李雷明

（大慶煉化公司煉油一廠，黑龍江大慶 163318）

0 引言

大慶煉化公司煉油一廠汽油加氫裝置往復(fù)式新氫壓縮機(jī)K101B 原設(shè)計(jì)為直接型指式吸氣閥卸荷。2016 年對壓縮機(jī)進(jìn)行增設(shè)賀爾碧格氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造。該造后雖然節(jié)能效果明顯，但壓縮機(jī)活塞支撐環(huán)磨損過快，因此氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)一直無法投用。經(jīng)多次試驗(yàn)改進(jìn)，于2017 年底解決了壓縮機(jī)活塞支撐環(huán)磨損過快的問題，使氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)得以重新發(fā)揮作用。

1 壓縮機(jī)增設(shè)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原因

1.1 壓縮機(jī)概況

大慶煉化公司煉油一廠汽油加氫裝置往復(fù)式新氫壓縮機(jī)K101B 由沈陽遠(yuǎn)大壓縮機(jī)股份有限公司于2013 年制造生產(chǎn)，壓縮機(jī)型號(hào)為2D12-13/10-29，兩級(jí)兩列對稱式布置，驅(qū)動(dòng)機(jī)功率400 kW，壓縮機(jī)設(shè)計(jì)氣量7200 m3/h，原設(shè)計(jì)入口壓力1.093 MPa，級(jí)間設(shè)計(jì)壓力1.89 MPa，級(jí)間安全閥整定壓力2.3 MPa。原設(shè)計(jì)氣閥卸荷方式為直接型指式吸氣閥卸荷，負(fù)荷有0、50%、100%，共3 個(gè)擋位。該壓縮機(jī)僅有一個(gè)二級(jí)出口返一級(jí)入口控制閥。

1.2 壓縮機(jī)增設(shè)無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)前存在的問題

（1）由于工藝改進(jìn)，氫氣需求量為3400～4400 m3/h，壓縮機(jī)設(shè)計(jì)氣量偏大，由于壓縮機(jī)氣閥卸荷方式為直接型指式吸氣閥卸荷，且不建議長期在50%擋位下運(yùn)行，所以壓縮機(jī)運(yùn)行負(fù)荷只能為100%，需依靠壓縮機(jī)出口返回線控制壓縮機(jī)出口壓力，返回閥開度約為40%，造成電能的極大浪費(fèi)。

（2）由于實(shí)際生產(chǎn)中新氫壓縮機(jī)入口壓力偏高，最高達(dá)到1.293 MPa，因此理論上壓縮機(jī)的級(jí)間壓力會(huì)達(dá)到2.39 MPa，安全閥整定壓力2.2 MPa，如果不降低壓縮機(jī)入口壓力，壓縮機(jī)級(jí)間安全閥就會(huì)起跳，降低壓縮機(jī)入口壓力的方法是將壓縮機(jī)入口管線內(nèi)的氫氣排至低瓦系統(tǒng)，造成氫氣的極大浪費(fèi)。

2 壓縮機(jī)增設(shè)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的效果

2.1 節(jié)電

壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后，在滿足工藝生產(chǎn)的前提下，通過降低壓縮機(jī)負(fù)荷，關(guān)小壓縮機(jī)出口返回發(fā)，節(jié)電效果明顯。以壓縮機(jī)長時(shí)間在60%負(fù)荷情況下運(yùn)行為例，每日可節(jié)電約4000 kW·h，按電價(jià)0.6 元/kW·h 計(jì)，每天可節(jié)省成本2400元，每年可節(jié)省電費(fèi)87.6 萬元。

2.2 節(jié)氫氣

氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后，通過分別調(diào)整壓縮機(jī)一、二級(jí)負(fù)荷，使壓縮機(jī)一、二級(jí)負(fù)荷的差值保持在5%，可降低壓縮機(jī)的一級(jí)壓縮比，降低壓縮機(jī)的級(jí)間壓力，有效減少了壓縮機(jī)入口氫氣的排放，以2018 年全年的生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例，以裝置額定處理量1 500 000 t/年為例，氫氣單價(jià)按2 萬元/t 計(jì)算，壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后，每年可節(jié)省氫氣量1200 t，節(jié)省氫氣費(fèi)用2400 萬元。

3 壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后出現(xiàn)的問題及處理方法

3.1 問題

壓縮機(jī)活塞支撐環(huán)為易損備件，活塞支撐環(huán)原設(shè)計(jì)材料為PTFE，設(shè)計(jì)使用壽命8000 h。壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用前，活塞支撐環(huán)使用壽命最長可達(dá)7000 h。壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后，使用壽命出現(xiàn)大幅縮短的情況，最短將至2000 h，且活塞桿沉降量出現(xiàn)大幅波動(dòng)。

3.2 原因分析

壓縮機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，氣缸內(nèi)壓縮側(cè)的氣體會(huì)向膨脹側(cè)流動(dòng)，在壓縮機(jī)活塞與氣缸的間隙處高壓氣體會(huì)對活塞產(chǎn)生作用力F1與F2，（圖1）。由于出口區(qū)域壓力大于入口區(qū)域的壓力，因此F1＜F2，會(huì)對活塞產(chǎn)生一個(gè)向上的推力。由于壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后降低了每次壓縮氣體的時(shí)間，通過活塞與氣缸間隙的氣體量減少，活塞受到向上的推力也會(huì)減少，由于壓縮機(jī)負(fù)荷較低，活塞出現(xiàn)明顯的下移，使活塞支撐環(huán)磨損加劇。

圖1 壓縮機(jī)活塞受力示意

3.3 延長活塞支撐環(huán)使用壽命的方法

3.3.1 提高壓縮機(jī)負(fù)荷

提高壓縮機(jī)負(fù)荷可以提高活塞支持環(huán)的使用壽命，在壓縮機(jī)負(fù)荷控制在85%的情況下，壓縮機(jī)活塞支撐環(huán)的使用壽命3000 h，該方法雖然有一定的作用但效果不明顯，且與壓縮機(jī)增設(shè)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的初衷不符。

3.3.2 升級(jí)活塞支撐環(huán)材質(zhì)

壓縮機(jī)活塞支撐環(huán)原設(shè)計(jì)材料為PTFE，經(jīng)與壓縮機(jī)廠溝通采用一種填充納米級(jí)陶瓷晶須的新型密封材料HW-PTFE，這種材料通常用于飛機(jī)的剎車片，HW-PTFE 材料中的陶瓷晶須與PTFE 結(jié)晶體形成交聯(lián)互織的加強(qiáng)體結(jié)構(gòu)，使材料有更高的強(qiáng)度和低硬度的特點(diǎn)，增強(qiáng)了材料的耐磨性，具體性能見表1?；钊苇h(huán)材料升級(jí)后壓縮機(jī)活塞支撐環(huán)壽命延長到5000 h。

表1 活塞支撐環(huán)材料特性對比

3.3.3 活塞輕量化

為延長壓縮機(jī)活塞支撐環(huán)的使用壽命，經(jīng)與廠家溝通后，決定對壓縮機(jī)一二級(jí)活塞進(jìn)行輕量化改造，結(jié)構(gòu)由原來的整體結(jié)構(gòu)改為分體結(jié)構(gòu)，改造后壓縮機(jī)活塞支持環(huán)使用壽命已經(jīng)達(dá)到8000 h。改造情況見表2。

表2 活塞輕量化改造前后對比

4 總結(jié)

往復(fù)式壓縮機(jī)增設(shè)無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的節(jié)能，對于大慶煉化公司煉油一廠汽油加氫裝置新氫壓縮機(jī)來說，節(jié)省氫氣的效果和價(jià)值更為明顯。但改造后，由于負(fù)荷較低，造成壓縮機(jī)活塞支撐環(huán)磨損過快，通過升級(jí)壓縮機(jī)活塞支撐環(huán)材料，對壓縮機(jī)活塞進(jìn)行減重改造，使活塞支撐環(huán)壽命得到有效提升，氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功效得到極大提升。今后的使用中，應(yīng)注意壓縮機(jī)負(fù)荷不應(yīng)處于過低位置，才能在保證設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行的前提下，達(dá)到節(jié)能的效果，實(shí)現(xiàn)效益最大化。