塔山礦制氮、螺桿壓縮機系統改造

楊　貴

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塔山礦制氮、螺桿壓縮機系統改造

楊貴

摘要塔山礦風井管理區制氮與壓風系統配套使用英格索蘭螺桿機，該機散熱問題是影響設備可靠運行的最大難題。為了解決這一難題，使設備有一個良好的運行環境，對其散熱系統進行了改進，徹底解決了機器溫升超限問題，使設備運行環境得到極大改善并取得良好的使用效果。

關鍵詞螺桿壓縮機；風冷冷卻器；冷卻排風風道；消音器

1　引言

塔山煤礦井下采空區采用注氮氣防滅火工藝，氮氣由場面PSA變壓吸附制氮機生成，通過管道輸送至井下采空區。PSA變壓吸附制氮機的壓縮空氣氣源由風冷式螺桿壓縮機提供。由于螺桿壓縮機工作時產生高溫、制氮機工作時產生高噪音，嚴重影響設備運行的可靠性和操作人員的身心健康。因此必須改善設備的運行狀況和車間的環境質量，使設備安全可靠運行且人員健康安全。本文通過對問題產生的原因、設備結構原理細致分析論證，提出并實施解決方案。經過設備試運行、高溫天氣實踐檢驗，使設備運行環境得到極大改善，并取得良好的使用效果。

2　螺桿壓縮機系統的使用情況

2.1原廠設計冷卻方式的原理

英格索蘭螺桿壓縮機采用風扇空氣冷卻，在機頭冷卻器前方安裝一臺15 kW大風葉風扇進行系統冷卻，如圖1顯示空氣通過機器前方入口罩的濾網進行過濾，過濾后的空氣從機器前方進入冷卻器——冷卻后的空氣與螺桿機內的壓縮油進行熱交換——交換后的高溫空氣從機器上方排出，排出后的空氣仍在車間環境中[1]。

2.2螺桿壓縮機的使用狀況

由于塔山礦氮氣需求量大，故制氮設備多，共使用螺桿壓縮機13臺。交換后的高溫空氣從機器上方排到車間內，并在車間內循環，使環境溫度增加，又因設備本身冷卻條件差，致使冷卻效果不佳，造成設備溫度高。2013年6月底，運行中的螺桿空壓機主機溫度達98℃（105℃報警，109℃停機），排氣溫度48℃（進入冷干機的氣體溫度要求在5℃～50℃之間）。對冷干機、制氮機分子篩、螺桿壓縮機等設備的正常運行極為不利。進入7月中旬，隨著氣候的進一步變熱，環境溫度進一步升高，如果繼續采用該冷卻方式，勢必造成螺桿壓縮機高溫報警、停機情況，嚴重影響礦井的正常安全生產。如果采用螺桿壓縮機開側門運行，雖然能降低主機冷卻器的油溫，但由于空氣不能進行過濾導致大量雜物吸附于主機冷卻器表面，長時間運行對冷卻器有嚴重影響，可能導致事故發生。

圖1壓縮機系統冷卻圖

3　原氧氣排放系統

3.1系統氧氣排放方式

PSA變壓吸附制氮機采用加壓吸附氧分子，降壓、回吹排放氧氣。排出的氧氣通過控制閥控制，排出制氮機吸附塔，再經消音器降噪排出外界[2]。

3.2直接排放的弊端

經消音器直接排放的氧氣濃度極高，瞬時氧氣濃度可達70%以上，因擴散高度不夠，且有遇火助燃性，極其危險，嚴重影響人員和設備的安全。另外，氧氣氣流經消音器直接敞口排放，有很尖銳的聲響，高達80 db以上，對操作人員的聽力有嚴重的影響。

4　冷卻方式排氣改造

4.1改造方法

通過分析設備運行散熱原理與各環節，結果表明，散熱空氣進入車間，造成車間環境溫度高，迫使冷卻散熱效果差是影響設備冷卻散熱效果的主要原因。如圖2顯示為改善車間環境溫度，進行了加裝冷卻專用排風風筒的技術改造。將冷卻器流出的風流通過排風筒直接排出車間外，排風筒的斷面與原排風口斷面一致，排風筒采用流線型，排風筒的排氣方向考慮全年主要外界風向的影響，排氣風向與全年主要外界風向一致。

同時排風筒設置插板，平時停機時可防止雜物進入機體。冬季關閉插板，打開冷卻器后門，可利用冷卻器的熱風實現車間供暖，有效的對螺桿機余熱進行了利用。

圖2加裝冷卻專用排風風筒后系統冷卻圖

4.2改造效果

通過改造，2013年7月初運行中的螺桿壓縮機主機溫度83℃，排氣溫度34℃，在2013年夏季最熱的署伏天，運行中的螺桿壓縮機主機溫度最高87℃，排氣溫度最高38℃，對比改造前設備散熱數據，有效的降低了設備的運行溫度，保障了設備安全、可靠運行。冬季通過對螺桿機余熱利用，可使車間溫度維持在19℃-21℃之間。

5　氧氣排放系統改造

通過分析氧氣排放系統，噪音產生的主要原因是消音器的消音效果和排放口排氧氣時產生的噪音。如圖3顯示將氧氣引至室外排放，不僅可消除因氧氣助燃性的危險，又可降低車間內的噪音污染。制氮機排氧消音器上加裝排氣管道（使用DN500焊接鋼管），出口置于車間外離地面6 m以上，使排出的高濃度氧氣通過排氣管道排至車間外，得到可靠擴散。避免了消音器周圍因氧氣濃度高形成的安全隱患，又大幅度降低了車間內及消音器的噪音污染，創造了良好的工作環境[3]。改造前，現場實測車間噪音達80 db以上；改造后，現場實測車間最高噪音僅為70 db左右，有效降低了車間工作噪音；改造后由于沒有了夾雜分子篩的雜物在車間內排放，有效改善了車間內的環境衛生，使設備運行處于良性循環。改造后排放系統的消音器運行穩定，年度檢修時對消音器進行拆除檢修，檢查內部無開焊現象，部件無變形，濾網完整，使用效果很好。

圖3改造后的消音器示意圖

6　總結

現代化的礦井新工藝、新設備的應用較為頻繁，但在現場使用過程中，需要對系統及設備進行進一步的完善、改進，以便更好的適應現場復雜環境的需要。改進后的塔山礦制氮系統運行正常，持續穩定的向井下輸送氮氣，設備運行可靠。通過技術改造，滿足、完善設備的運行、使用效果，是當今現代化礦井生產的需要，是優化生產工藝的需要，是在生產實踐中所必須做到的。

參考文獻

[1]葉振華.化工吸附分離過程[M]. 1992:184.

[2]顧飛龍.200Nm3/h（PSA）制氮裝置的工程設置與應用[M]. 2002:4.

[3]白柳.液壓與氣壓傳動[M]. 2009:45.

楊貴，1984年2月出生，山西五臺籍，現在同煤集團機電管理處工作，助理工程師。

System Transformation on Nitrogen Production and Screw Compressor of Tashan Mine

Yang Gui

Abstract：Nitrogen production and compressed air system of Tashan Mine wind well management area use Ingersoll screw machine，the heat dissipation of the machines is the biggest problem to affect the reliable operation. In order to solve this problem and make the device has a good running environment，the heat dissipation system is improved，this completely solves the temperature overrun problem，the equipment operation environment is improved significantly and the good use effect is made.

Keywords：screw compressor；air cooler；cooling exhaust duct；muffler

收稿日期：2016-01-03

作者簡介

中圖分類號TB535

文獻標識碼A

文章編號1000-4866（2016）02-0041-02