催化重整再生氣循環機C301節能改造

中石化廣州煉化分公司 廣東廣州 510726

摘要：催化重整裝置再生氣循環壓縮機C301 A/B自2009年4月開工以后出現壓縮機出口流量偏大、級間回流量大、造成用電浪費。通過對C301B壓縮機進行改造，降低壓縮機出口流量，能滿足工藝生產要求，壓縮機的功耗比改造前大幅降低，節能效果顯著。

關鍵詞：壓縮機；流量；節能；改造

中國石油化工股份有限公司廣州分公司1000kt/a催化重整聯合裝置由石腦油加氫、重整反應、芳烴分餾、氫提純四部分組成，主要生產汽油、苯、混合二甲苯、氫氣。其中重整催化劑再生系統的再生氣循環壓縮機C301A/B為往復機，型號2D45-188/3.2-7.2，沈陽遠大壓縮機股份有限公司生產，分0%、50%、90%、100%四檔負荷調節，正常時一開一備，單機設計流量為39444 Nm3/h，配套的電機為增安型無刷勵磁同步電機，規格型號：TAW1500-20WTH/2150，額定功率：1500kW，額定電壓：6000V。

自2009年4月開工，壓縮機的負荷一直在90%運行，出口流量為38300Nm3/h，工藝正常操作需要流量約為31500Nm3/h，該機原設計無旁路回流調節系統，為了滿足工藝正常生產在壓縮機進出口管道增加一條旁路管線來調節再生循環氣流量，增大了壓縮機的級間回流，造成大量的電能浪費。2013年6月對C301B壓縮機進行改造，改造后調試試用成功，壓縮機出口流量大幅降低能滿足工藝生產需求，節能效果十分顯著。

1 再生循環氣壓縮機組簡介

再生氣循環壓縮機是重整催化劑再生系統中的心臟設備，主要作用是將催化劑再生后的煙氣熱量帶走，防止燒焦溫度過高而燒壞催化劑。再生循環氣的流量受催化劑循環率、再生氣氧含量、待生劑碳含量影響，一般情況下待生劑焦含量越高，催化劑循環率越大，所需的再生循環氣流量越大，正常控制在28000Nm3/h-30000Nm3/h之間，再生循環氣主要由氮氣組成，其中包含少量氧氣和一定量的二氧化碳。

表1再生循環氣氣體組成

氣體名稱分子式正常工況/%（體積含量）最大工況/%（體積含量）%

氮氣N27979

氧氣O20.60.8

二氧化碳C O220.420.8

圖1催化劑再生循環氣工藝流程圖

表1為再生循環氣組成，

圖1為催化劑再生循環氣工藝流程圖。

2 改造原因

由于再生循環氣壓縮機C301A/B在50%負荷時流量不能滿足工藝正常生產，所以一直在90%負荷運行，再生循環氣流量為38300 Nm3/h，壓縮機出口流量通過新增的旁路回流調節，增加了壓縮機的級間回流，造成了能源的浪費。為了節約裝置的能耗，合理的利用資源，決定對C301B進行改造，來降低再生循環氣的流量滿足工藝正常生產操作。

近年往復壓縮機節能改造的一般思路是安裝無級氣量調節系統，用控制高壓油頂開進氣閥開關時間的方式，精確控制進入氣缸的氣量，達到節能的目的。但無級氣量調節裝置系統復雜，一次投資費用高（以本機12個進氣閥計，約需300萬左右），以后運行維護費用也高。

針對本機為重整再生氣循環壓縮機、氣量變化小、工況穩定的特點，也可選擇直接改造壓縮機氣缸、減小壓縮機械力的方式。

經過分析比較，最后選擇了直接氣缸改造的方式。

3 改造內容

此次改造要求在介質、進出口溫度不變的情況下，將壓縮機的出口流量降低到31000 Nm3/h，入口壓力為0.3MPa，出口壓力為0.62 MPa，氣缸、活塞設計壓力按0.72 MPa設計及壓力試驗。當壓縮比較高而采用單級壓縮時，氣缸直徑較大，就有較高的氣體終壓作用于活塞上的活塞面積，活塞上的氣體力就較大【1】，此次改造通過降低氣缸直徑來減少活塞氣體力，可以減小壓縮機曲軸的有效載荷。表2為改造方案

（1）原兩列氣缸部件、氣閥部件和活塞部件更換，氣缸直徑由原來的Φ840mm縮小為Φ760mm，缸徑縮小后壓縮機重新設置活塞桿下沉報警值。

（2）活塞桿與活塞連接改為超級螺母連接，超級螺母部件中每個螺釘的緊固力矩為119.7Nm，使螺母受到彈性變形后產生一個穩定的預緊力。由于改造前的活塞與活塞桿采用螺紋連接，緊固方式為加熱活塞桿尾部，使其產生彈性伸長變形，將緊固螺母旋轉一定角度后停止加熱，待活塞桿冷卻后恢復變形，這種連接方式拆檢困難，加熱孔的不連續間斷處存在應力集中，活塞桿在使用的過程中存在斷裂風險，故此次對活塞桿與活塞連接形式進行改型。

（3）氣缸外徑尺寸按原機組設計，進排氣口、支撐尺寸不變，氣缸均為一級雙作用JT25-47C合金鑄鐵缸，采用無油潤滑。氣缸應用干式活缸套，氣缸及氣缸蓋設獨立的無相互聯系的水夾套，冷卻水進出口位置保持原有位置不變，氣閥布置混合布置減少余隙容積和氣缸長度。

（4）氣量調節負荷為0、50%、100%三檔，氣缸無余隙調節。

（5）活塞環、支撐環采用填充聚四氟乙烯材料，活塞環帶膨脹圈。

（6）活塞桿直徑為Φ110mm，表面不采用陶瓷處理，而采用碳化鎢硬化處理。

（7）級的進氣量，在理論循環中，級在每轉的理論吸氣量就是在內止點與外止點位置間的氣缸工作容積，稱為氣缸的工作容積，又稱為每一轉的氣缸行程容積Vh【2】

Vh=iApS

Ap-活塞工作面積，㎡

i-同級的氣缸數

S-活塞行程，m

Vh-每轉的理論吸氣量，m3

降低壓縮機的進氣量，通過上述公式可以看出，降低進氣量的途徑主要為兩種：一是降低活塞的工作面積也就是相應的減小活塞的直徑，二是減少活塞的行程。氣缸結構缸徑和行程要保持一定的比例，若行程太小，則吸氣和排氣接管在氣缸上的布置將發生困難（特別是徑向布置氣閥的情況）【3】，綜合分析后保持C301B壓縮機活塞行程不變減小壓縮機的氣缸直徑和活塞來降低壓縮機的進氣量，改造后的壓縮機的平均容積效率為85%。

表2 改造方案

參數單位改造前改造后說明

級數 11

缸徑mmΦ840Φ760

標態氣量Nm3/h3944431000

入口氣量m3/min188155.5

吸氣壓力MPa（A）0.420.4絕對壓力

排氣壓力MPa（A）0.820.72絕對壓力

入口溫度℃4040與原機組相同

排氣溫度℃110103

活塞行程mm350350與原機組相同

轉數r/min300300與原機組相同

最大氣體力kN279196

最大活塞力kN289210

軸功率kW1312911電機功率1500