高壓等溫多軸高速離心式壓縮機(jī)國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用

李丁丁

(河南能源集團(tuán)鶴壁煤化工有限公司，河南鶴壁 458000)

鶴壁煤電股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱鶴壁煤電)煤化工甲醇裝置技術(shù)先進(jìn)、工藝復(fù)雜、設(shè)備要求高，采用目前國(guó)際先進(jìn)的殼牌氣化工藝進(jìn)行生產(chǎn)。在我國(guó)同類型煤化工項(xiàng)目中氮?dú)鈮嚎s機(jī)大都采用往復(fù)式壓縮機(jī)，而往復(fù)式壓縮機(jī)出口氣體帶油，這在殼牌煤氣化工藝中會(huì)嚴(yán)重影響氣化爐燒嘴的壽命和氧氣管道的安全，是制約往復(fù)式氮壓機(jī)在煤氣化工藝使用的一個(gè)主要原因。

另外，往復(fù)式壓縮機(jī)還有效率低、單機(jī)打氣量小、運(yùn)行周期短、維護(hù)費(fèi)用高、占地面積大、脈沖大、輸氣不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。而多軸離心式壓縮機(jī)有效地克服了往復(fù)式壓縮機(jī)的以上不足，為了保證煤化工裝置能夠安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行，并降低建設(shè)、使用、維護(hù)及保養(yǎng)成本，鶴壁煤電采用西安交大賽爾機(jī)泵成套設(shè)備有限責(zé)任公司自主研發(fā)的6BGH38型等溫多軸離心式壓縮機(jī)(以下簡(jiǎn)稱氮壓機(jī))，氮壓機(jī)使用現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。

1 氮壓機(jī)技術(shù)概況

6BGH38型等溫多軸離心式壓縮機(jī)出口壓力為8.2 MPa，最高轉(zhuǎn)速為30 666 r/min，驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為5 800 kW，為目前國(guó)內(nèi)制造并投入生產(chǎn)使用壓力等級(jí)、轉(zhuǎn)速最高的離心式壓縮機(jī)。

該機(jī)組為整體齒輪型離心式壓縮機(jī)，低速軸轉(zhuǎn)子和高速軸轉(zhuǎn)子及大齒輪軸水平方向平行布置，采用六級(jí)等溫壓縮。機(jī)組由主電機(jī)、壓縮機(jī)主機(jī)、供油裝置、氣體冷卻器及油、氣管路系統(tǒng)組成。

圖1 氮壓機(jī)現(xiàn)場(chǎng)

1.1 壓縮機(jī)主機(jī)

壓縮機(jī)主機(jī)由進(jìn)氣導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)、蝸殼、高低速轉(zhuǎn)子、大齒輪軸、齒輪箱體、軸承、密封器等組成。氣體從導(dǎo)葉進(jìn)入第1級(jí)葉輪，經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的葉輪壓縮后提高壓力，并以較高流速進(jìn)入擴(kuò)壓器中，氣體在擴(kuò)壓器中流速降低，壓力進(jìn)一步升高后由蝸殼匯集，由排氣管送出，經(jīng)氣體冷卻器冷卻后，再進(jìn)入下一級(jí)葉輪壓縮。主機(jī)的動(dòng)力由大齒輪軸與主電機(jī)之間的疊片式撓性聯(lián)軸器傳遞。

1.2 轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子為壓縮機(jī)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)件，分低速軸轉(zhuǎn)子、高速軸轉(zhuǎn)子及大齒輪軸。大齒輪和齒輪軸采用過盈連接，低速軸轉(zhuǎn)子、高速軸轉(zhuǎn)子包括葉輪、齠輪、聯(lián)接螺栓等零件。六級(jí)葉輪均為閉式結(jié)構(gòu)，裝拆時(shí)須注意葉輪與軸結(jié)合處的成對(duì)標(biāo)記。轉(zhuǎn)子經(jīng)動(dòng)平衡校驗(yàn)合格。

1.3 齒輪箱體

齒輪箱體采用焊接結(jié)構(gòu)，沿齒輪軸線的水平面將箱體成上、下兩部分，上部為箱蓋，下部為箱座。大齒輪采用硬齒面漸開線斜齒輪，其中齒輪軸為優(yōu)質(zhì)合金鋼；小齒輪及軸采用整體結(jié)構(gòu)，選用滲碳鋼，齒面經(jīng)滲碳處理，以提高其硬度，經(jīng)磨齒提高精度。

1.4 蝸殼、軸承及密封器

蝸殼體為鑄件，通過螺栓與齒輪箱體連接，蝸殼體與齒輪箱體采用錐銷進(jìn)行定位。

大齒輪軸支承軸承采用剖分式錯(cuò)位軸承，高、低速轉(zhuǎn)子支承軸承采用可傾瓦軸承，葉輪的軸向力通過各高、低速轉(zhuǎn)子上的止推環(huán)傳遞給大齒輪軸，由支承大齒輪軸的止推軸承來(lái)承擔(dān)，軸承體采用低碳鋼制造，其軸襯為巴氏合金。

氣封采用整體迷宮式密封加巴氏合金。油封采用水平剖分迷宮式密封。密封效果好，便于裝配和檢修。

1.5 進(jìn)口導(dǎo)葉裝置

進(jìn)口導(dǎo)葉裝置是根據(jù)氣流預(yù)旋原理設(shè)計(jì)而成，當(dāng)葉輪進(jìn)口前氣流順或逆葉輪旋轉(zhuǎn)方向旋繞時(shí)，可相應(yīng)地使壓力頭減少或增加，使壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)點(diǎn)70%～105%范圍內(nèi)高效工作。當(dāng)導(dǎo)葉片轉(zhuǎn)到全部閉合時(shí)，可實(shí)現(xiàn)空載起動(dòng)，以減少起動(dòng)阻力矩。

導(dǎo)葉裝置裝有多片可同步轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)流葉片，每個(gè)導(dǎo)向葉片的小軸由軸承套支承在導(dǎo)流體上，每個(gè)導(dǎo)向葉片通過球鉸與轉(zhuǎn)環(huán)相連接。導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)工作時(shí)，由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過曲柄帶動(dòng)轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，使所有葉片同步旋轉(zhuǎn)，來(lái)達(dá)到氣量調(diào)節(jié)的目的。

1.6 聯(lián)軸器

壓縮機(jī)與主電機(jī)之間采用疊片式撓性聯(lián)軸器，此聯(lián)軸器具有補(bǔ)償軸向和角向位移能力大，并有一定的吸振、隔振功效。

2 氮壓機(jī)試車中存在的主要問題

氮壓機(jī)首次試車，共啟動(dòng)5次，每次1、2級(jí)和5、6級(jí)振動(dòng)相對(duì)比較平穩(wěn)，但幾次都因3、4級(jí)振動(dòng)突升，引起高聯(lián)鎖(70 μm)跳車(見圖2)。

圖2 試車時(shí)3、4、5、6級(jí)振動(dòng)值的趨勢(shì)記錄

3 原因分析及處理措施

3.1 儀表測(cè)量因素

通過測(cè)量3、4級(jí)振動(dòng)探頭，發(fā)現(xiàn)3、4級(jí)探頭電壓(16 V)不符合標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整振動(dòng)探頭電壓至9～10 V，3、4級(jí)軸承圓周定位銷轉(zhuǎn)動(dòng)59 mm，重新打孔安裝探頭。

3.2 級(jí)間管道應(yīng)力因素

檢查發(fā)現(xiàn)3、4級(jí)管道應(yīng)力較大，對(duì)3、4級(jí)重新配管以消除管道應(yīng)力；同時(shí)，調(diào)整3級(jí)出口彈簧吊架，消除級(jí)間管道應(yīng)力。

3.3 機(jī)組裝配因素

檢查3、4級(jí)吸入導(dǎo)向節(jié)后發(fā)現(xiàn)，4級(jí)葉輪明顯不在入口密封的中心位置，偏下2 mm左右，入口有少量葉輪將密封磨掉的鋁屑，3級(jí)葉輪也稍微偏下，但無(wú)磨損。對(duì)4級(jí)蝸殼定位銷進(jìn)行擴(kuò)孔，調(diào)整葉輪位置。

3.4 3、4級(jí)轉(zhuǎn)子的固有頻率因素

3、4級(jí)轉(zhuǎn)子的固有頻率與機(jī)組振動(dòng)頻率比較接近，將3、4級(jí)轉(zhuǎn)子直徑由Ф 80 mm改為 Ф 70 mm，所有軸承瓦塊均進(jìn)行全面檢驗(yàn)(表面劃痕、裂紋、摩擦痕跡等)，瓦塊與轉(zhuǎn)子接觸面≥70%改變振動(dòng)頻率；同時(shí)，將3、4級(jí)軸承間隙擴(kuò)大0.02 mm，增加進(jìn)油量和油膜厚度，降低轉(zhuǎn)子振值。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)多軸離心式壓縮機(jī)出口壓力均在4.0 MPa(表壓)以下，而氮?dú)鈮嚎s機(jī)出口壓力高達(dá)8.2 MPa(表壓)，完全能滿足殼牌氣化爐對(duì)用氣壓力的要求，且離心式氮?dú)鈮嚎s機(jī)的制造成功和國(guó)產(chǎn)化，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)高壓等溫多軸離心式壓縮機(jī)的空白，比同類型進(jìn)口機(jī)組節(jié)省投資50%，效率提高2%，節(jié)能2%～10%。