低溫甲醇洗循環氣壓縮機選型及設計要點

趙月剛，高玉林，胡福生

（陜西未來能源化工有限公司，陜西 榆林 719000）

0 引 言

陜西未來能源化工有限公司兗礦榆林1000kt／a煤間接液化示范項目低溫甲醇洗工藝軟件包引進德國Linde工藝，配套的循環氣壓縮機是凈化裝置的關鍵設備，用于回收甲醇洗滌塔洗滌富甲醇溶液中的一氧化碳和氫氣，進口氣體溫度為－36℃，經壓縮機壓縮后溫度升高到70℃，再經后冷器冷卻到40℃，送到變換氣主管線，循環利用，從而提高裝置運行的經濟效益。介質易燃易爆，有毒且低溫，在壓縮機的選型、配置、材料，設計、制造等方面都有其自身的特點。現簡介我公司循環氣壓縮機在選型方面的經驗，以期與同類型化工項目的兄弟單位進行探討。

1 我公司低溫甲醇洗壓縮機技術參數

（1）壓縮機技術參數

排氣量（吸入狀態） 13.75m3／min

各級（1級／2級）吸氣壓力 0.95／2.05MPa（A）

各級進氣溫度 －36／20℃

各級排氣溫度 20／75℃

潤滑油壓力 0.25～0.40MPa（G）

進水壓力 0.4MPa（G）

壓縮機轉速 370r／min

軸功率 560kW

按照建筑建設過程中使用的材料來說，一般有鋼筋混凝土建筑、磚瓦建筑等。相對于傳統民居使用的磚瓦建筑來說，一些現代化的城市高層建筑多數都是采用鋼筋混凝土構建而成的。鋼筋混凝土建筑要比磚瓦結構的建筑更容易發生冷橋現象。

活塞行程 280mm

各級氣缸直徑 430／260mm

最大零件重量 14000kg

（2）（配套）電動機技術參數

型號 TAW1800－18－2150

型式 增安高壓三相異步電動機

額定功率 560kW

額定轉速 372r／min

額定電壓 10000V

電機重量 12410kg

2 選型及設計、制造要點

2.1 機 型

機型2D20－13.3／8.6－36.1，額定流量＝數據單所需流量／0.97。無油機型，采用對稱平衡D型往復式壓縮機，兩列兩級；制造廠家為沈陽遠大壓縮機制造股份有限公司。

2.2 級 數

在選擇壓縮機級數時，一般應遵循下列原則：壓縮機消耗的功率最小，排氣溫度應在使用條件許可的范圍內，機器重量輕，造價低；而要使機器具有較高的熱效率，則級數越多越好（各級壓力比越小越好）［1］。

循環氣壓縮機進口0.95MPa（A），出口3.7MPa（A），壓縮比3.7／0.95≈3.9。選用一級壓縮，容積效率低，排氣溫度過高；選用二級壓縮，1級壓縮比2.16、排氣溫度20℃，2級壓縮比1.8、排氣溫度75℃，容積效率75%～76%。

2.3 機身、曲軸、連桿、軸承和十字頭

大型壓縮機的選型首先考慮的是其安全可靠性，并注意基礎件的選取。在曲軸、活塞桿、連桿螺栓、十字頭等主要部件的選取上，應選用結構合理的，安全系數要大一些［2］。基礎件選取20t機型，機身材質HT250，鑄造采用樹脂砂工藝。曲軸、連桿采用整體鍛件，材質35CrMo；連桿螺栓35CrMo；連桿軸承20／ZSnSb11－6；十字頭軸承ZCuSn10Pb1；十字頭ZG230－450，上下滑板便捷調節；十字頭滑履20／ChSnSb11－6，巴氏合金采用電噴法噴鍍到十字頭滑板上；錐銷42CrMoA；主軸承螺栓、拉桿螺栓及連桿螺栓采用鍛鋼制造，螺紋滾制。油管采用球頭密封，材質S30408。

2.4 隔離件

采用API618D型長短雙室隔離件，可承受0.2MPa的壓差；刮油環、密封環為剖分式，帶不銹鋼卡緊彈簧；中間密封填料函充氮保護；刮油器殼體35；主填料漏氣回收、接筒漏氣回收分別放空，其材質為S30408，設有單向閥。

2.5 氣 缸

循環氣壓縮機進口介質溫度－36℃，氣體成 分 為：CO 27.318%、CO255.582%、H216.163%、 H2S 0.422%、 N20.321%、 Ar 0.125%、CH3OH 0.035%、COS 0.03%、CH40.004%。

沈陽遠大壓縮機制造股份有限公司自2006年就為兗州煤業榆林能化有限公司、江蘇索普（集團）有限公司、惠生（南京）化工有限公司、神華包頭煤化工有限公司等單位設計和制造低溫甲醇洗循環氣壓縮機，目前有19臺低溫甲醇洗循環氣壓縮機在役，運行良好；在低溫甲醇洗循環氣壓縮機的設計、制造方面獲得并總結了經驗，在壓縮機的配置和材料的選擇上都有其特點。一級氣缸采用該公司專有配方的低溫球鐵材料QT350－22L，可耐低溫－80℃，缸套材料為JT25－47D；二級氣缸材料為JT25－47C，缸套材料為JT25－47D。各級氣缸采用干式缸套，過盈配合，氣缸和接筒、中體的連接設有止口。兩級氣缸及氣缸蓋設獨立夾套，并采用冷卻水強制冷卻。

2.6 活塞桿、活塞

活塞桿采用整體鍛鋼制造，螺紋滾制，材質05Cr17Ni4Cu4Nb，表面鈷碳化鎢硬化處理，最低硬度 HRC60，表面粗糙度 Ra0.2～0.4μm，與十字頭采用液壓聯接。在任何操作工況下，活塞桿和十字頭銷實際負荷不應超過制造廠設定的最大連續負荷額定值的85%；安全閥啟跳時，活塞桿和十字頭銷實際負荷應小于制造廠設定的最大連續負荷額定值。對于多級壓縮機，應分別校核每級安全閥啟跳時綜合活塞力和氣體力的載荷情況。

一級氣缸為低溫工況，活塞材質ZA12（表面陽極硬化）；二級活塞材質35，要求支承環所承受的比壓不得大于0.030MPa，活塞體采取電加熱緊固。

2.7 氣 閥

使用頂開吸氣閥卸荷，所有卸荷閥為有風卸荷。閥座硬度RC32，淬硬表面深度至少為1.6mm。一級閥座、閥片、升程限制器材質S30408；二級閥座、升程限制器材質20Cr13（表面非晶態），閥片PEEK，彈簧17－7PH（表面非晶態）。

2.8 聯軸器、防護罩、盤車機構

剛性聯軸器，聯軸器法蘭與主軸為整體鍛造。防護罩由無火花材料制造（鋁合金材質，厚度4mm），帶鉸鏈門。盤車機構為電動盤車裝置。

2.9 潤滑系統

設獨立油箱，材質S30408，設最高和最低油面顯示，并設置恒溫電加熱器。二臺螺桿油泵互為主輔，主、輔油泵應具有120%的容積流量。各有獨立的外置安全閥和止回閥。一臺管殼式油冷器，管程走水，壓力損失不大于0.07MPa，溫升不低于6℃，材質S30408，管板和管束采用脹焊結合，管束為可拆管束；設計熱負荷130%。兩臺自力式壓控閥，一臺控制油泵后總管壓力，可以實現兩臺油泵的全量回流；另一臺控制供油總管壓力，廠家為美國fisher。一套雙聯過濾器，材質為不銹鋼，帶恒流量切換閥、跨線、孔板；過濾精度不小于25μm。系統管道、管件和閥門材質均為S30408，墊片為不銹鋼石墨纏繞墊。

2.10 相關壓力容器

2.10.1 漏氣回收罐及排污罐

材質S30408（筒體直徑DN＜400mm時，采用不銹鋼管）。帶現場液位計、手動排氣閥，現場液位計為磁翻板液面計。

2.10.2 緩沖器

設計及制造應符合GB150－2011《壓力容器》標準，材質S30408。安裝就地溫度指示。緩沖器的最小容積按API618標準確定，并不小于與其連接的所有氣缸每轉活塞排量的16倍，要求排氣緩沖器長徑比不超過4倍。

2.10.3 氣液分離器

設計及制造應符合GB150－2011《壓力容器》標準，材質S30408。設置安全可靠的排液系統，裝有高液位報警和聯鎖用的單獨接頭和液位開關，高液位報警和聯鎖之間至少應有間隔5min時間的容量。設有磁性浮子液位計、液位變送器。

2.10.4 冷卻器

設計及制造應符合GB150－2011《壓力容器》、GB150－1999《管殼式換熱器》標準。采用U形管，可拆卸式管束，要求有115%的冷卻面積（即換熱能力較額定負荷富余15%）。管程為循環冷卻水，殼程為工藝氣，材質S30408，循環水側最大壓降不得超過0.1MPa，循環水的流速不應小于0.9m／s，循環水溫升10℃；管板與管子的連接采用脹焊工藝。

3 結 語

大型煤化工裝置動設備的選型，首先要考慮的是先進性、成熟性、安全可靠性，需到制造廠家、使用廠家進行深入細致的調研。循環氣壓縮機是低溫甲醇洗工藝中的關鍵設備，只有選擇優秀的制造廠家及最優化的設計、制造工藝，才能保證其連續、穩定運轉，保證企業利益的最大化和化工裝置的長周期運行。

［1］活塞式壓縮機設計編寫組編.活塞式壓縮機設計 ［M］.北京：機械工業出版社，1974，P16.

［2］劉林.4M32型甲醇聯合壓縮機的應用 ［J］.壓縮機技術，2009，47 （1）：20～23.