ZW-3.4/5.03-34.48型氮氣迷宮密封壓縮機刮油填料改造

呂 明，朱 鑫，張曉帆，佟 昕

(1.中國石油撫順石化公司烯烴廠，遼寧 撫順 113008；2.中國石油天然氣股份有限公司東北化工銷售分公司，遼寧 沈陽 110033)

1 引言

石油化工企業(yè)中使用的迷宮式密封壓縮機在當下屬于高科技設備產(chǎn)品，該類型壓縮機的密封形式均是非接觸式迷宮密封，像活塞與氣缸、密封填料與活塞桿等，這種密封形式在壓縮機運行過程中不僅可以達到排氣無油，而且在運行中機組內部產(chǎn)生的細粉等雜物不會接觸到機組內介質，這樣保證了介質的純度。因為該種型式的壓縮機結構中不存在活塞環(huán)，所以對介質中存在的微量顆粒雜質并不敏感[1]。當介質為易燃易爆、烴類氣體、劇毒氣體、特種工藝氣體、腐蝕性氣體及氧氣，或者在超高溫、超低溫工況及壓縮絕對干燥氣體(如氮氣等)時，使用該型式的壓縮機可以很好的保證安全性。當輸送介質為污染嚴重不允許泄漏到環(huán)境中的物質時，使用全封閉式壓縮機直接解決了這種問題。

與活塞式壓縮機相比迷宮式密封壓縮機具有更寬泛的溫度范圍。迷宮密封壓縮機既可以在超過非金屬材質活塞環(huán)式壓縮機允許的最高工作溫度下安全運轉，也可以在低于普通金屬材質防冷脆而限定的最低工作溫度下安全運轉。迷宮密封壓縮機其技術含量高，加工制造精度高、難度大，具有極高的經(jīng)濟價值和實用價值[2]。

2 氮氣精制工藝介紹

低密度聚乙烯裝置采用某公司的UNIPOL氣相流化床聚乙烯生產(chǎn)工藝，裝置設一條生產(chǎn)線，裝置連續(xù)運轉。設計年生產(chǎn)能力為45萬t，年操作時數(shù)為8000 h。來自界區(qū)的氮氣在進入氮氣脫氧床之前在氮氣預熱器中進行預熱。氮氣脫氧床是一個單質銅催化劑(UT-2000)的固定床，通過化學吸附將單質銅氧化成氧化銅而除去氮氣中的氧氣。離開氮氣脫氧床的氮氣進入氮氣干燥器[3]。氮氣干燥器內裝填13XPG分子篩，通過物理吸附作用除去氮氣中的水分和其他極性雜質。氮氣精制系統(tǒng)使氧、水和其它極性雜質的濃度均降至大約0.1×10-6。低壓精制氮氣供給本裝置的三乙基鋁系統(tǒng)、催化劑系統(tǒng)和異戊烷儲罐，另外一部分外送到高密度聚乙烯裝置。氮氣干燥器出口的精制氮氣由氮氣壓縮機增壓至3300 kPa(G)后經(jīng)過精制氮氣過濾器進入反應系統(tǒng)。

3 迷宮密封壓縮機結構及輔助系統(tǒng)

3.1 機組介紹

壓縮機型號：ZW-3.4/5.03-34.48，二列二級壓縮雙作用無油水冷開式迷宮活塞式氮氣壓縮機，曲軸轉速590 r/min，入口流量204 m3/h，進氣壓力0.603 MPa，排氣壓力3.548 MPa，活塞平均線速度為2.75 m/s，電機功率132 KW；有0.50%～100%三個工況，一級活塞直徑215 mm，二級活塞直徑140 mm；行程140 mm；活塞桿直徑65 mm；壓縮機的設計和制造參照API618標準(最新版)；在規(guī)定的工藝操作點，壓縮機的容積排量無負偏差；壓縮機后冷卻器出口溫度不超過40 ℃；機身與中間接筒為正體式結構，與氣缸聯(lián)接設有定位銷定位，保證檢修、保養(yǎng)精確對中；壓縮機氣缸雙列垂直布置，為整體式二級壓縮雙作用；氣閥為不銹鋼網(wǎng)狀閥；壓縮機氣量調節(jié)采用吸氣閥頂開實現(xiàn)0.50%～100%三檔氣量調節(jié)，無風卸荷；壓縮機活塞桿與十字頭采用錐度配合楔塊連接；設導向軸承，保證活塞桿往復運行時精確對中，導向軸承由活塞桿刮下的潤滑油潤滑；壓縮機設有刮油裝置保證潤滑油不被活塞桿帶出；壓縮機總進口設有過濾器，濾芯為不銹鋼，過濾精度為80目；在任何操作工況下，活塞桿和十字頭銷，曲軸連桿，實際負荷不超過設計負荷額定值的80%；壓縮機氣缸、活塞、填料的密封采用迷宮槽密封；曲軸箱及中接用氮氣吹掃，帶減壓閥及必需附件；機身油池設有油位液面計；機組整體撬裝，重量9(t)，外形尺寸5 m×2.9 m×2.5 m[4]。壓縮機結構示意圖如圖1所示。

圖1 壓縮機結構剖面示意圖

3.2 潤滑系統(tǒng)介紹

壓縮機潤滑系統(tǒng)采用壓力潤滑，包括：

(1)一臺軸頭油泵(齒輪泵，泵體材料為灰鐵，齒輪和軸為45#鍛鋼)，開機時由曲軸驅動；

(2)一臺電動輔助螺桿油泵(殼體材質為鑄鋼，轉子材質為鍛鋼)；

(3)一臺恒溫電油加熱器(1.0 kW，220 V，dⅡBT4 IP55，F(xiàn)級絕緣)；

(4)一臺粗油油過濾器及雙切換精油過濾器(過濾網(wǎng)和殼體材質為不銹鋼)，精過濾器精度為10 μm(開車時用25 μm)；

(5)一臺管殼式油冷卻器，油冷卻器的殼體、管箱和封頭為304SS，管板為海軍銅，管束為鈍化海軍銅；管束與管板采用脹接，管束能方便抽出，以便檢修；與油接觸的部件材質采用不銹鋼(油泵除外)，水走管程，油走殼程；管路上設高點放空和低點排凝；潤滑油系統(tǒng)內管道，管件和閥門均為304SS無縫不銹鋼材質[5]。

3.3 管道和附屬設備

(1)冷卻系統(tǒng)

壓縮機氣缸、滑道、氣體冷卻器及油冷卻器采用循環(huán)水冷卻，每路回水出口管道上裝一個流動看窗、溫度表和流量變送器；所有循環(huán)水管線為無縫鋼管，管道、閥門為碳鋼，法蘭及閥門壓力等級為150Lb。

(2)聯(lián)軸器和防護罩

壓縮機與主電機之間采用無錫創(chuàng)明的疊片撓性聯(lián)軸器(帶加長段)；

聯(lián)軸器及飛輪提供鋁合金無火花材料制作的全封閉防護罩，防護罩上應開設手動盤車長槽[6]。

(3)管路系統(tǒng)

提供包括氣、水、油在內的所有管路。所有管線及管件采用美洲系列，管線分支采用無縫三通和無縫彎頭；

管路終端提供成對法蘭、墊片、緊固件；連接標準為ANSI B16.5；

工藝氣體管道及法蘭、閥門公稱壓力等級按流程圖，材料為碳鋼，標準按ANSI B 16.5(與用戶接口)[7]。

(4)入口過濾器

入口過濾器為永久型，過濾精度：80目，過濾網(wǎng)材料為不銹鋼，數(shù)量2個。

(5)緩沖器、冷卻器

緩沖器的設計及制造應符合GB150“鋼制壓力容器”標準。緩沖器最小容積按API618第3.9.2.2.2款確定，緩沖器的壓力損失符合第3.9.2.2.4款的要求；

緩沖器筒體材質為20#，封頭材料16MnR；

冷卻器的設計及制造應符合GB151“鋼制管殼式換熱器”標準。冷卻器結構為浮頭管殼式，氣走管程，水走殼程，封頭材料為16MnR，筒體材料20#，換熱管材料為20#，管板材料20#。

(6)壓縮機各級設安全閥，開啟壓力按API618標準，材質為碳鋼。

(7)壓縮機進出口采用對焊帶頸法蘭。

(8)壓縮機及其管路系統(tǒng)聲學脈動計算，按照 AP1618 中的第3種方法進行。要求對氣缸、各級緩沖器、級間管線和包括從壓縮機入口過濾器上游容器始至壓縮機下游買方容器或適合終止點止在內的所有的主管線統(tǒng)一考慮[8]。

4 刮油填料結構技術改造

壓縮機原來的刮油填料為簡單的純金屬刮油環(huán)組結構，環(huán)組材質為金屬材質，且不是整體刮油盒結構。而且環(huán)組不具備密封工藝氣的功能。原刮油環(huán)為非集裝是設計，其刮油效果除了刮油環(huán)組零件本身的設計之外，還要受到安裝和壓縮機本身精度的影響。且原刮油環(huán)為金屬環(huán)組，金屬刮油環(huán)在尺寸要求上必須與活塞桿保持較大的間隙，而刮油環(huán)與活塞桿的間隙直接影響到刮油的效果[9]。

針對目前壓縮機的應用工況進行了最先進的RTV刮油技術改造方案。RTV刮油環(huán)是針對特定工況度身定制的一種刮油環(huán)，可以實現(xiàn)最好的刮油性能。新一代刮油環(huán)，不同于傳統(tǒng)刮油環(huán)，有效阻止了潤滑油進入杯槽的同時，并伴有非常好的刮油效果。特殊的結構也保證環(huán)不會在環(huán)槽中竄動，徹底消除了傳統(tǒng)刮油環(huán)中普遍存在的“泵油效應”。一組RTV刮油環(huán)組包括3片單片環(huán)，第一片環(huán)起主要的刮油作用，它帶有專門的幾何形狀的刀口，可以講附著在活塞桿上的油徹底刮除。與此同時，RTV刮油環(huán)還有一定的密封效果，可有效避免工藝氣體進入曲軸箱污染潤滑油，或者產(chǎn)生風險。從而能夠滿足此壓縮機的特定工況[10]。RTV刮油環(huán)結構尺寸圖及示意圖如圖2、3所示，RTV刮油環(huán)組配件見圖4。

圖2 RTV刮油環(huán)組結構尺寸圖

圖3 RTV刮油環(huán)組結構示意圖

1.刮油環(huán)槽 2.法蘭 3.O型圈 4.RTV刮油環(huán)圖4 RTV刮油環(huán)組配件示意圖

RTV刮油環(huán)材質采用COOK專用的PTFE和PEEK配合使用的非金屬材料，非金屬材質的刮油環(huán)會比傳統(tǒng)的金屬材質刮油環(huán)效果更好，非金屬材料與活塞桿相比硬度非常低，故在設計時可以將間隙做到非常小甚至在某些特殊工況下，可以做到與活塞桿之間無間隙，這些設計都能夠保證良好的刮油效果[11]。以下是COOK對不同材質刮油環(huán)的性能做的一個對比，如圖5所示。

刮油盒的設計采用了集裝是刮油盒。所有刮油環(huán)組的定位均依靠刮油盒本身來保證，與壓縮機本身的設計精度無關。同時，這種集裝式的設計也避免了安裝過程中可能出現(xiàn)的操作不當影響刮油環(huán)的使用效果。

整個刮油填料的設計完全根據(jù)現(xiàn)有壓縮機結構進行，充分利用所有安裝空間，且能夠完全借用原有的安裝尺寸，無需更改任何安裝尺寸。在原來的刮油結構上進行了調整，增加了O型圈密封，確保刮油環(huán)刮下來的油不會從法蘭外側泄漏出去，也保證了法蘭外側的工藝氣不會進入曲軸箱側污染潤滑油，或者產(chǎn)生風險。

此外，本刮油環(huán)的設計，在后期更換時只需要將里面的刮油環(huán)組進行更換即可，其它零部件均可以反復使用，在保證了刮油效果的同時節(jié)省了維修費用。

5 結論

低密度聚乙烯裝置對氮氣迷宮密封壓縮機刮油環(huán)組結構改造之后徹底解決了潤滑油泄漏情況，一組新型刮油環(huán)組具有以下優(yōu)點：

(1)有效的油封

(a)降低油耗和成本；

(b)降低監(jiān)測和補油的勞動成本；

(c)降低清理和處置費油的成本；

(d)保護環(huán)境；

(e)易于管理；

(f)確保了無油工況的安全性；

(g)防止填料潤滑油的污染和變質。

(2)有效的氣封

(a)提高安全性；

(b)防止氣體竄入曲軸箱；

(c)避免曲軸箱油質被污染。

(3)操作上的優(yōu)點

(a)提高了壓縮機運行可靠性，減少了停工期；

(b)非金屬的換組，有效的保護了活塞桿；

(c)結構簡單，單個環(huán)槽更易于改造。