郭飛虎

(沈陽鼓風機集團有限公司,遼寧沈陽 110142)

裂解氣壓縮機的結(jié)構(gòu)設(shè)計

郭飛虎

(沈陽鼓風機集團有限公司,遼寧沈陽 110142)

某石化公司新建一套45萬T/a乙烯裝置,于2007年啟動。后經(jīng)沈鼓集團多方努力和技術(shù)論證,最終實現(xiàn)了乙烯、丙烯和裂解氣的全部國產(chǎn)化。裂解氣壓縮機就是在這種情況下研制出來的。介紹某石化公司45萬噸/年乙烯項目裂解氣壓縮機的結(jié)構(gòu)特點、設(shè)計參數(shù);并對設(shè)計過程中轉(zhuǎn)子葉輪強度等問題進行分析;并按照相關(guān)標準進行工廠檢驗。

裂解氣壓縮機 機械運轉(zhuǎn)

1 機組的結(jié)構(gòu)特點與技術(shù)參數(shù)

1.1 壓縮機的結(jié)構(gòu)特點

裂解氣壓縮機為水平剖分單軸雙支撐多級結(jié)構(gòu)。壓縮機采用3缸5段式壓縮，其中低壓缸采用雙進氣、背靠背布置，中壓缸和高壓缸均為兩段背靠背布置。

1.2 壓縮機的主要技術(shù)參數(shù)

該壓縮機各運行工況參數(shù)見表1所示:

2 壓縮機的結(jié)構(gòu)設(shè)計

裂解氣的介質(zhì)組成非常復(fù)雜，各段之間組分的變化較大。由于級數(shù)的增加，使壓縮機穩(wěn)定工況范圍變窄，尤其是最后幾級流道，對運行工況范圍有很大影響[1]。因此在壓縮機氣動方案的選擇上重點考慮在工況變化的情況下具有較寬的運行范圍，同時在此范圍內(nèi)具有較高的效率。轉(zhuǎn)子是透平式壓縮機的關(guān)鍵，壓縮機的結(jié)構(gòu)設(shè)計是在轉(zhuǎn)子動力學及葉輪應(yīng)力合格的前提下進行的。根據(jù)裂解氣的介質(zhì)特點，選取的適當?shù)牟牧稀Ａ呀鈿庵泻幸欢ǖ牧蚧瘹?、水及CO2，在NACE-MR0175中對此有嚴格要求[2]。針對介質(zhì)特點葉輪選用FV520B-S材料，首先用SolidWorks進行葉輪實體建模，然后對其網(wǎng)格劃分。葉輪應(yīng)力分析的具體分析步驟為:首先計算葉輪靜應(yīng)力，判斷是否有明顯的結(jié)構(gòu)缺陷;如果存在明顯的缺陷，應(yīng)對原有結(jié)果進行優(yōu)化。分析結(jié)果見圖1、圖2所示，最大應(yīng)力點位于葉輪入口葉片與軸盤連接處:

表1 壓縮機數(shù)據(jù)參數(shù)

圖1 葉輪應(yīng)力分布圖

圖2 葉輪應(yīng)力放大圖

計算結(jié)果顯示，首級葉輪結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力為1542MPa，小于材料的屈服強度的2倍[3]。因此需對原有結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，經(jīng)優(yōu)化后的葉輪的應(yīng)力分析合格。

3 壓縮機的工廠試驗

壓縮機在生產(chǎn)完畢后，在制造廠內(nèi)的進行的試驗主要包括:水壓試驗、超速試驗、機械運轉(zhuǎn)試驗等。下面具體介紹水壓試驗及機械運轉(zhuǎn)試驗。

3.1 水壓試驗

水壓試驗的目的是檢查機殼的嚴密性，以及在規(guī)定的試驗壓力下檢查機殼是否的強度是否滿足實際運轉(zhuǎn)需要。壓縮機水壓試驗時按照最高工作壓力的1.5倍進行。為保證螺栓的緊固效果，缸體全部采用液壓拉伸器進行緊固。針對壓力最高的高壓缸螺栓拉伸力為3193kN，并在下機殼中分面加工密封槽，用聚四氟乙烯膠帶填充，最終保證機殼在30分鐘內(nèi)無泄漏，水壓試驗合格。

3.2 機械運轉(zhuǎn)試驗

壓縮機的機械運轉(zhuǎn)試驗是根據(jù)廠內(nèi)現(xiàn)有運轉(zhuǎn)試驗臺條件，布置試驗裝置，對壓縮機的振動、位移、軸承溫度等參數(shù)進行監(jiān)測，并對采集數(shù)據(jù)加以分析，模擬在用戶現(xiàn)場的運行狀況。試驗結(jié)果顯示，壓縮機軸承瓦塊溫度值小于95℃，進出潤滑油溫差小于25℃，軸承處振動值小于20μ，軸向位移小于0.5mm。制造廠壓縮機機械運轉(zhuǎn)試驗一次通過。

4 結(jié)語

本文通過對某石化公司45萬噸/年乙烯裝置裂解氣壓縮機結(jié)構(gòu)的設(shè)計，闡述了國產(chǎn)化大型壓縮機結(jié)構(gòu)設(shè)計的思路。在過程中總結(jié)近年來的大型離心壓縮機設(shè)計的成功經(jīng)驗，尤其是大流量高效三元葉輪的應(yīng)用，使機組的效率得到保證。該裂解氣壓縮機2008年出廠至用戶現(xiàn)場投入運轉(zhuǎn)，至2012年8月停機檢修以來，機組運行各項指標良好。

[1]徐忠.離心壓縮機原理[M].北京:機械工業(yè)出版社,1990.

[2]NACE MR0175-2003. Petroleum and natural gas industries Materials for use in H2S-containing Environments in oil and gas production[S]. National Association of Corrosion Engineer, 2003.

[3]關(guān)振群,宋洋,楊樹華,等.離心壓縮機葉輪靜強度分析方法[J].大連理工大學學報,2011(2):157-162.