工艺用压缩机节能技术探讨

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工艺用压缩机是石油化工企业的重要及关键的大型设备。在石油化工领域，工艺用压缩机的能耗大，据统计约占企业总耗电量的 12%～32%。

工艺用压缩机运行的经济性和可靠性-直是国内外同行专业研究的前沿。但长期以来工艺用压缩机的节能降耗，并没有引起国内石化企业的足够重视，企业技术人员、管理人员重视安全运行等可靠性的问题，不注重经济性的研究。因此，提高工艺用压缩机的生产能力，降低运行成本，达到提高产量、降低生产装置总能耗，对工艺用压缩机节能挖潜是十分必要的。

2 运行工况特点及省功途径分析工艺用压缩机运行工况与其他-般用途压缩机相比有其特点：(1)运行的连续性。工艺用压缩机是化工生产工艺中的重要的动设备，-般力求无故障长期收稿日期 ：2013-03-082013年o4期(总第240期)连续安全运行 8000 h以上。

(2)工质的腐蚀性和易燃性。压缩介质-般都具有-定的腐蚀性和有些工艺气体还具有易燃、易爆性，所以，排气温度有严格的限制。

(3)工艺性。运行参数受工艺流程的制约，- 般运行工况在低于额定工况下波动。

(4)复杂性。为满足工艺要求，压缩介质的组分多种，压缩机润滑方式不同、级间抽气、加气、净化等多种情况都可能存在。

因此，工艺用压缩机得节能必须结合实际运行工况，具体研究和分析。它的经济性和可靠性关系到化工生产的成本与效率。

按理论分析，压缩气体耗功与压缩过程指数有关〉低压缩过程指数可节省压缩机指示功率，为此，可通过气缸强化换热的方法，尽力改善换热条件，降低压缩过程指数。其二，尽力减少功率损失，也是节能的主要途径之-。影响功率损失因素主要包括：(1)进、排过程的气阀功率损失；(2)活塞环、填料等摩擦损失；(3)运动件的其他机械损失；其三，根据化工生产的长期性和连续性，提高易损件寿命，延长安全运行周期，减少因故障停车造成的损失是尤为重要的。其四，由于压缩机的运行工况和设计工况长期不-致，也会影响压缩机的运行效率。应根据压缩机的实际运行工况，合理选择适宜的热力参数，提高运行效率。

3 冷却系统对耗能的影响因化工生产的特点，工艺用压缩机多属于大中型、高压、多级的水冷式压缩机。冷却系统多数采用气缸夹套水冷和级间冷却器并联或混联结构。冷却系统的效果直接影响耗功和排气温度。

根据理论分析，级间冷却效果下降，直接影响下- 级的耗功。温度每增加 3。，下-级的耗功约增加 l%。气缸冷却主要是为了降低压缩过程指数，达到省功和降低压缩气体终了温度的作用，并使气缸有较均匀的温度常为此，运行中调整适当的冷却水流量及控制冷却水温度，使其有较好的冷却效果，达到省功的目的。

图 1是单级小型气缸水冷压缩机在 300 r/rain时，冷却水流量和比功率变化的拟合曲线。根据实验结果，可以得出在-定的转速下存在-个最佳的冷却水流量的问题。对于工艺用压缩机-般容积流量、气缸直径相对较大，冷却水通过缸壁所导出的气体热量很少。特别是高转速时压缩机的压缩过程指数和绝热压缩过程指数相差很校但大型工艺用活塞式压缩机的转速-般较低，多数在 150～400 r/min，所以，工艺用压缩机应根据实际运行工况，按冷却水的最佳流量，旧能降低压缩过程指数，以节省功率消耗，并使气缸有较均匀的温度场，有利于润滑及提高摩擦易损件寿命。

对于工艺压缩机，还应注意到，并非冷却水流量愈大愈好。过大的冷却水量会导致气缸镜面冷却水流量×100 1/h图1 气缸冷却水量与比功率变化的拟台曲线上润滑油的温度过低，影响润滑油的性能 ，增加摩擦功率，比功率增加。

4 气阀是影响工艺用压缩机节能的关键气阀是压缩机中重要核心部件。其质量和性能影响到压缩机运行和耗能，直接关系到生产系统的正常生产秩序。气阀的寿命短是石化企业经常遇到制约生产的技术难题♀决好这-难题，对于石油化工等领域的大型压缩机意义重大。

根据化工生产的特点，工艺用压缩机气阀对耗能的影响主要有两个方面，-是气阀的阻力损失对功率的影响；二是气阀的使用寿命过低，安全运行周期过短，造成由于经常故障停车带来对生产系统的损失和人工、物料、备件的损耗。特别是后者尤为重要。

4.1 影响气阀寿命和能耗的原因分析运行实践证明，气阀使用寿命过短，往往是由于阀片的运动规律不合理造成的。根据实际损坏气阀的拆检，破坏形式主要是阀片、阀簧断裂。

阀片几乎都是径向断裂的。从断口和裂纹的情况分析，阀片的断裂可判断出，是由于频繁撞击而造成的。说明气阀弹簧力不合理，过大、过小都会影响阀片的运动规律，直接影响气阀的使用寿命和能量损失。因此，气阀的弹簧力是提高气阀使用寿命和减少能量损失的关键。图2是某化肥厂工艺流程中的压缩机高压级排气阀根据实际运行工况模拟的阀片运动规律曲线。

图2 弹簧力过大的阀片运动规律从实际运行工况模拟的阀片运动规律看出，阀片发生了 颤振”现象。气阀的实际使用寿命仅能达到 800-900h∩明显地判断出在该工况下气阀弹簧力过大，导致阀片的撞击频率和次数数倍增加。分析其原因主要是：(1)工艺用压缩机的实际运行工况-般都比较2013年04期(总第240期)1 O 9 8 7 6 5 4 3 2 8 8 7 7 7 7 7 7 7 7 -Ⅱ!I 日v 瓣 筮节 能 分 析窿复杂，往往受化工流程的变化而波动，当不稳定工况长期偏离额定压力较大时，必然会造成阀片的运动规律改变，导致阀片延迟关闭或发生 颤振”。

图3 较合理的阀片运动规律(2)该工艺用压缩机的运行工况长期低于设计工况，气阀的弹簧力过大，阀片的运动发生了 颤振”。撞击频率、次数增加，损失增加，寿命下降。

4.2 改进措施结合工艺流程实际，针对气阀损坏的原因，在诸多影响因素中气阀弹簧力是提高气阀寿命降低流动阻力损失的重要参数。因此，改进的重点- 定要根据该工艺用压缩机长期实际运行的工况，优化气阀结构参数，重新确定气阀的弹簧力，使阀片有良好的运动规律。以保证气阀有足够的使用寿命，旧能延长压缩机的稳定运行时间。达到节能降耗、安全生产。

对上述高压级的排气阀，结合实际运行工况修改了原结构参数，气阀的弹簧力做了从新调整，使气阀的功率损失减少，阀片运动规律趋于合理，使用寿命提高了23倍。图3为改进后该高压级排气阀阀片的运动规律。另外，提高寿命，延长了安全运行周期，减少了因故障停车而造成的生产损失，节约了检修和备件的费用，生产能力提高 3%以上，年均节能增效可达 2%-3%。收到了较好的经济效益与社会效益。

5 活塞环对工艺用压缩机耗能的影响活塞环是活塞压缩机的主要密封件，又是重要的运动摩擦件，也是关键的易损件之-。它的寿命和性能关系到生产系统的产量和效益，影响系统的生产秩序。为此，提高活塞环的使用寿命和改善活塞环摩擦特性对工艺用压缩机尤为重要。

所以，工艺用压缩机如何结合具体实际，合理的确定活塞环材质和改善润滑对提高寿命、减少摩-2013年o4期(总第240期)擦功率定会起到-定的作用。

有油润滑和无油润滑是目前活塞式压缩机气缸的润滑的主要两种方式：(1)铸铁活塞环是有油润滑压缩机普遍采用的材质，优点是金属活塞环采用油润滑，摩擦损失功率相对较小，活塞环导热性能好，润滑油可起到密封作用，并可携带-部分活塞环与气缸摩擦产生的热量。缺点主要是压缩气体中含润滑油，压缩介质受到污染。

(2)填充聚四氟乙烯活塞环是无油润滑压缩机常采用的材质。优点是压缩气体不受污染，缺点是填充聚四氟乙烯机械强度受限，摩擦功率、泄漏量相对较大。

因此，在工艺气体纯度要求不很高的情况下，特别是在高压力差时，可采用少油润滑方式弥补上述缺陷，即活塞环采用填充聚酰胺材质的少量润滑油润滑方式。该方式综合性能较好，可获得较好的可靠性和经济性，并可节省润滑油。

5.1 活塞环的机械性能与摩擦性能比较分析对典型的活塞环常用材质的机械性能进行了比较分析。填充聚酰胺材质的机械强度均优于铸铁材质。活塞环主要承受压力和剪切力，特别是高压机活塞环，由于两侧的压力差较大，活塞环材质的强度尤为重要。所以，对工艺用压缩机的高压机活塞环采用填充聚酰胺材质可明显提高使用寿命。活塞环材质的机械性能比较见表 1。

表1 活塞环材质的机械性能比较抗拉强度 抗压强度 抗剪强度 硬度 材料名称MPa MPa MPa HB- 铸铁 24.5 73.5 24-3 190填充聚酰胺 156 90 80 34通过实验对活塞环材质与高压级气缸常用碳钢材质对磨进行了摩擦特性比较分析，在磨擦磨损试验机上模拟了活塞环与气缸对磨的3种情况。

实验分别模拟铸铁活塞环对碳钢气缸正常油量润滑、填充聚酰胺活塞环对碳钢气缸采用正常润滑油量的-半少油润滑、填充聚四氟乙烯活塞环对碳钢气缸无油润滑3种方式进行。实验结果见摩擦特性曲线。

根据以上在不同润滑条件对磨的方式下，3种材质的摩擦特性表明，3种情况的摩擦特性几乎没有什么大的区别。但采用填充聚酰胺为活塞环材质少油润滑时，优点是填充聚酰胺机械强度高，耐温性好，并且本身具有-定的自润滑性，可节省部分润滑油。特别适用于工艺压缩机高压级的活塞环，在活塞两侧的压力差较大时，机械强度优越，可明显提高使用寿命。

20蚕15l05登 0载衙 PN)图4 摩擦特性比较5.2 运行效果及分析针对合成氨生产系统的工艺用压缩机的V、Ⅵ级活塞环进行改造试验。活塞两侧的最大压力差可达 1O～14 MPa，原铸铁活塞环采用油润滑，经常断裂破坏，使用寿命仅达到3000 h左右。改用活塞环材质为填充聚酰胺，并在减少近-半润滑油量的条件下运行，效果良好。与有油润滑相比，润滑油对气体的污染程度有大幅度降低。保证了活塞环有足够的强度，解决了活塞环经常断裂损坏的问题。使用寿命提高了2-3倍，超过8000 h以上。每年仅节约检修、故障停车所造成的生产损失就达20多万元。因此，对于高压级活塞环，在压缩介质中含有微量润滑油，对生产系统和产品质量没什么影响的情况下，应旧能采用填充聚酰胺少油润滑方式。此方案材质性能好、泄漏量少、省功、省油，并可明显提高使用寿命，增大产量。

6 结语综上所述，对工艺用压缩机的节能降耗，必须紧密结合化工生产系统的实际，根据具体的运行工况、压缩介质以及经常出现的故障，分析探讨、优化运行参数和有关典型部件结构参数。达到减少功率损失、提高易损件使用寿命，延长机器的稳定安全运行周期，省功、节水、节约润滑油。减少由于故障停车造成的与备机切换排空、置换、备件，以及造成生产系统的-切损失。改善润滑，减少泄漏，提高排气量，以致提高产量、提高整套生产装置的经济效益。