苯乙烯螺杆压缩机组改造

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文章编号：1006—297 l(201 3)05—0052—04苯乙烯螺杆压缩机组改造施逢委，韩丽娟(上海大隆机器厂有限公司，上海 200431)摘 要 ：国内很 多进 口的苯乙烯机组经过 多年的运行，壳体腐蚀现象严重，影响了机组的打气量。介绍了兰州石化合成橡胶厂进 口苯乙烯机组的改造，简述 了苯乙烯螺杆压缩机的机组控制、主机结构设计及计算等，通过改造 ，取得良好的效果，为国内其他 同类机组的改造提供了参考。

关键词：螺杆压缩机；苯乙烯尾气；改造；系统控帝】；结构设计中图分类号：TH455 文献标志码：BReform of Benzene Ethylene Screw CompressorsSHI Feng—wei，HAN Li-juan(Shanghai Electric Co．，Ltd．Shanghai 20043 1．China)Abstract：Mter several years operation，many imposed benzene ethylene compressor sheHs are badly corroded SO that they affect thecapacity．This paper describes the reform of impoaed benzene ethylene compressor in Lanzhou petrochemical synthetic rubber factory，and briefly explains benzene ethylene compressor unit control，unit structure design and calculation etc．After reform the compressorobtains good efect．It is an example for the similar reform in China.

Key words：screw compressor；benzene ethylene tail gas；reform ；system control；structure design1 引言由于苯乙烯尾气装置工况的特殊性 ，入 口真空度很低 ，一般约为 0．023 MPa(A)，且压 比较高 ，因此 2O世纪 9O年代到 2000年初该装置均采用进口机组。现国内很多化工厂采用了美国 AC公司的螺杆机组 ，由于壳体材料是碳钢 ，介质压缩过程中喷入软水后带有腐蚀性，经过几年运行，壳体腐蚀现象明显，严重影响了压缩机的打气量，不能满足工艺生产的要求。

兰州石化合成橡胶厂进口美国AC公司的苯乙烯尾气螺杆压缩机组，经过 1O多年的运行 ，发现打气量明显不足。2012年大修时解体，经测量，转子和壳体的间隙达到 2 mm左右，原始设计值约为0．5 ITIm。为了满足工艺生产的需要，兰炼公司决定对主机进行改造替换。上海大隆机器厂有限收稿日期：2013—08—1652 瓣(以下简称大隆公司)公司受委托对主机进行改造，要求主机安装在原底架上 ，保证连接尺寸一致情况下替换主机，并解决壳体防腐问题，其余辅助系统驱动机 、油站、电仪控 、管道等利用原机组 ，根据其工艺参数，大隆公司 自主开发研制了苯乙烯尾气压缩主机。

2 机组系统2．1 机组的应用及要求苯乙烯生产的方法主要有乙苯脱氢法 、环氧丙烷一苯乙烯联产法、热解汽油抽提蒸馏回收法以及丁二烯合成法等。而乙苯负压绝热脱氢反应技术是 目前 国内外生产苯乙烯的主要方法 ，几乎占据了整个 国内市场。该苯乙烯生产工艺需要将脱氢反应器抽成真空状态，一般为0．021～0．028 MPa(A)，反应器内反应生产苯乙烯后，产生的尾气主要是氢气和水蒸汽，可以回收提炼制氢，有很高2013年o5期(总第241期)Ieth nicalTramfo rmadon ， 的利用价值 ，苯乙烯尾气螺杆压缩机就是将负压很大的尾气增压到正压，再去下一流程反应提炼制氢。

由于使用条件的特殊性，入 口真空度大，且介质易燃易爆，所以对压缩机的密封要求高，密封设计及其控制 比较关键 ；其次尾气介质喷水后具有腐蚀性，主机还需防腐要求；另外，该机组在装置中非常关键，因此机组的控制要求非常高。

2．2 主要性能参数工艺介质组分见表 1操作工况及压缩机参数见表 2表1 (V％)水蒸气 二氧化碳 氢气 甲烷 苯23．5466 1．7857 65．465 O．8O34 O．49O7甲苯 非芳烃 乙苯 苯乙烯 其他0．4797 0．0339 4．5905 2．7626 0．0419表2入口流量 (m3／min) 284进气压力 (MPa(A)) 0．026进气温度 (℃) 38出口压力 (MPa(A)) 0．162出口温度 (℃) <85转子直径 (mm) 6510长径比 1．5壳体材料 ZG15Cr12转子材料 2OCrl3轴功率 (kW) 478压缩机转速 (r／min) 4003(最高转速)2．3 机组控制系统本机组采用汽轮机驱动，采用汽轮机调速来满足工况变化的需求，在配以密封系统、润滑油系统及振动、温度等监测来确保压缩机的安全可靠运行，系统流程详见图 1。

2，3．1 调速 系统汽轮机调速系统主要由调速器、电液转换器及调节汽阀等组成。调速器 (一般采用 WOOD—WARD PEAK 150)将接收到的转速信号与转速设定值进行比较后输出执行信号 (4～20 mA电流)，■2013年05期(总第241期)图 1 系统流程图再经电液转换器 (VOITH)转换成二次油压，二次油压通过汽阀总成的错油门油动机操纵汽阀行程，控制汽轮机的蒸汽消耗量 ，从而达到调节转速或负荷的目的。

2．3．2 密封控制系统由于压缩机的密封要求高。本机组密封采用两道充气 ，考虑组分中含大量的水蒸气，第一道采用低压蒸气作为密封气 ，控制充气压力与排气侧压力的压差来确保密封性能及耗量。如果第一道采用氮气 ，这样 由于人 口真空度大，大量的氮气会被吸入压缩腔 ，从而改变介质的组分，影响下游提氢效率；第二道采用氮气作为隔离气，控制充气压力和密封排污放空的压差来保证密封及耗量。在密封气和隔离气之间设置了排污放空接口，排放串漏的少量工艺气、冷凝水及润滑油，完全避免了工艺气和润滑油之间的泄漏，保证了密封的可靠性。

2．3．3 监测安全 系统由于该机组的关键性 ，因此在系统的安全控制上要求非常高。每个轴承上设置了2个振动探头 ，共 8个探头，阴、阳转子上各设置了 1个位移探头，涡流探头检测到的位移信号通过 3300前置器转换为电压信号，输入到BENTLY 3500监测系统，从而准确的监测和保护压缩机组。

另外，机组中还设置了轴承温度，进、排气压力、温度，油压，转速等联锁控制，确保了压缩机安全可靠的运行。

图 2 主机结构图3 主机结构设计及计算3．1 主机结构双螺杆压缩机主要部件有壳体 、转子 、密封 、轴承、同步齿轮 (见图 2)。

3．1．1 壳体该压缩机壳体由气缸体、气缸头、前盖和后盖等组成，采用垂直剖分。气缸体上带了冷却水夹套，通循环水冷却，使壳体受热均匀，另外还起降低噪声的作用。由于介质存在腐蚀性，气缸体和气缸头的材料采用不锈钢，考虑不锈钢的流动性能差，而且结构复杂 ，设计中考虑木模工艺 ，并且对浇铸工艺进行改进 ，从而使不锈钢的壳体浇铸完成，另外壳体经过必要的热处理从而具有足够的刚性。

3．1．2 转子相互啮合的螺杆是螺杆压缩机关键性零件 ，齿形采用 SRM非对称型线，其中阳螺杆有 4个凸齿 ，阴螺杆有 6个与阳螺杆相啮合的凹槽。螺杆经过非常细致和精密的加工 ，其齿顶上和端面上制有精细的密封棱边，它们与壳体之间的微小间隙就靠这些棱边来保证，因此加工完毕后的螺杆必须加以保护。螺杆的材质为不锈钢 ，可以抗介质的腐蚀性。

转子作为高速旋转的动设备，还经过精确的动平衡试验 ，试验等级达到 G1．0，保证机组运转的平稳性。

3．1．3 密封密封采用碳环密封，填函箱中装有7个碳环，碳环外侧用金属环加固，用一波形弹簧把石墨环压向一侧，具有一定的预紧力，借以密封气体，防止泄漏 ，填函箱外端还有左右旋梯形螺纹密封，为了确保密封性能，用控制密封气与泄漏出气体的压力差达到密封效果 ，如图 3。

考虑密封气采用水蒸气 ，温度约为 145℃，因此波形弹簧和金属环的材料选取比较关键，需考虑膨胀系数及防腐性能，确保密封长期可靠运行。

3．1．4 轴承轴承包括径向轴承和止推轴承两种 ，均采用滑动轴承型式，止推轴承由止推径向联合轴承和止推轴承组成 ，止推轴承承受压缩机在正常运转时，由吸人和排出压力差而产生的推力。止推径向联合轴承中的止推部分系承受压缩机起动时，同步齿轮引起的推力。轴承均由压力油润滑 ，转子之间的间隙，转子外圆与气缸的间隙，以及转子两端面与气缸壁之间的间隙均与径向轴承 ，止推轴承的间隙有密切的关系，所以轴承的间隙必须保证在要求限度之内，当发现轴承摩擦或其他原因引起间隙增大时 ，必须加以调整 ，必要时调换轴承。

介质充蒸气 放空 充氮气大气侧1．碳环 2．金属环 3．波形弹簧 4．填函箱 5．隔环6．O形密封圈图 3 密封结构图3．1．5 同步齿轮同步齿轮安装于压缩机排气端外侧的转子轴颈上 ，以保证阳、阴转子运转时的同步性 ，且齿轮具有较高的精度，故足以保证高速下传动的正确性以及转子运转时正确的微小间隙。为了便于调整转子之间的间隙，阴转子上的被动同步齿轮进气侧径向力，N 排气侧径向力，N 轴向力 ，N阳转子 7763 12246 11732阴转子 9523 15537 5164(下转第78页)2013年05期(总第241期)■ 嘲 一?大修、项修过程中，为安全起见，对动力缸、连杆、活塞及活塞杆等承受交变载荷的部件基本全换，易造成过剩维修。通过从部件损伤机理进行本质判别，可为主要部件能否继续使用提供依据，仅少换一两类部件 ，单机节约成本将在 10万元以上。

(2)压缩机组安全使用评价理论及方法可作为鉴定运行后期机组技术状况的依据。基于对压缩机主要部件和辅助系统的本质鉴定，支撑运行后期机组技术鉴定，掌握机组剩余寿命，做到安全运行与合理使用 ，减少不必要的更新改造费用 ，预计单机节约成本 100万以上。以公司未来 5年上百台运行后期机组估算，在安全运行方面的效益较易超过 1000万元，规模效益显著。

(3)压缩机安全使用评价技术条件的标准也可带来长远的经济效益。在压缩机安全使用评价方法、评价软件经大量工程应用和不断完善的基础上，形成符合公司生产实际的技术标准，指导和提升压缩机技术管理工作，也可带来长远效益。

参考文献 ：【1】 API618-2008．,t；油、'If．x-和天然气工业用往复式压缩机[S】．美国：2008.

[2】 赵艳 萍．设备 管理与维修[M】．北京 ：化学工业 出版社 ，2009.

[3】 陈兰英．大型离心压缩机组风险评估及安全运行管理研究(J】_中国石油大学，2010.

作者简介：马科笃(1975一)，男 ，高级工程师 ，本科 ，1998年毕业于石油大学(华东 )机械制造工艺及设备专业 ，主要从事油气 田压缩机技术管理与机械设计制造工作。

(上接第 54页)由轮毂和齿轮 (齿轮分成厚薄二片)组成。同步齿轮用压力油润滑 ，厚薄齿轮错位结构 ，主要为了一旦转子逆转时起到保护作用，使转子不会被损伤。

3．2 设计计算转子的受力计算及校核对压缩机的可靠运行尤为重要，螺杆齿形非常复杂，我们采用投影法，将高压力作用齿面和低压力作用齿面分别投影到x和Y坐标面上，各齿面的压力和投影面积的乘积就是作用力。将作用力分解到各轴承位置，本机组的载荷数据如下：基于以上的载荷数据，对转子的强度进行校核，根据载荷分布，考虑应力集中，表面状态等，对轴的疲劳安全系数及静强度安全系数进行详细计算 ，满足使用要求。还对轴的刚度进行校核 ，转子的挠度弯曲变形和扭转变形也都在允许范围之内。

另外，转子是高速旋转部件，还要考虑临界转速问题，当转子的运转速度接近临界转速时，轴将产生振动，影响机器的正常运行，对轴承或转子造成损坏，转子设计时，工作转速应该避开临界转速。计算时将复杂的转子齿形简化成当量直径的光78{ 瓣黎翘 轴，通过计算，转子的一阶临界转速为7204 r／min，而本项 目的最高工作转速为 4003 r／min，该轴为刚性轴，不会影响机组正常运行。

4 结语该机组安装 、调试和开车均为一次成功 ，现已正式投产，运行平稳可靠。通过改造，解决了腐蚀问题，满足了工艺生产的要求，各项指标均符合设计规定，取得良好的效果，为国内其他同类机组的改造提供了参考依据。

苯乙烯尾气压缩机的改造成功，降低了用户配套压缩机时的设备采购成本，缩短了采购周期 ，为公司增加了利润保证点，实现技术和利润双赢。

该机组还可用于苯胺循环氢、乙炔真空装置、CO煤气输送项 目等低压大流量工况。

参考文献：[1】 郁永章，等．容积式压缩机技术手册[M】．北京：机械工业出版社 ，2000：576—630.

【2】 王文斌，等．机械设计手册第3；g一3版[M】．北京：机械工业出版社 ，20o4：19—17—37.

[31 刑子文．螺杆压缩机一理论、设计及应用【M】．北京 ：机械工业 出版社 ．2000：133—143.

作者简介：施逢委(1980-)，从事螺杆压缩机设计研发工作。

2013年05期(总第241期)麓