新氫壓縮機利舊改造及更新

（沈陽申元氣體壓縮機有限責任公司，遼寧沈陽 110141）

1 引言

4M50-36/11-192型新氫壓縮機是30年前某壓縮機廠生產的中國第一臺4M50壓縮機，由于是30年前設計生產的，介于年代久遠，機器老化，當時的設計理念跟現在有很大差別，諸多因素，所以用戶提出要求機組原位更新，由于場地、經濟等諸多問題，用戶要求壓縮機基礎利舊，在原來的基礎上增加產量，由原來的20850 Nm3/h增加到27000 Nm3/h。

2 改造方案及分析

經過翻閱原機資料，得知原壓縮機是3級壓縮，1、2級每級氣缸一個，3級氣缸2個，每級的排氣溫度都超過了135 ℃，按照現行API618標準第6.5條中的規定，對于富氫氣（分子量小于或等于12），要求排氣溫度不應超過135 ℃。所以此次改造我們采用了4級壓縮，這樣使得每級排氣溫度在任何工況下都小于135 ℃，每級一個氣缸。

由于氣量增加到27000 Nm3/h，經過計算，氣量增加，導致各級受力增加，原有的4M50機組已經不能滿足新參數的要求，為了滿足用戶擴大再生產的需求，與電機廠專家協商利用原電機基礎，電機最大能做到3400 kW，在滿足壓縮機主機及電機基礎不動的前提下，將新壓縮機氣量提高到27000 Nm3/h。同時將機型提高一檔，將原4M50基礎件改為4M80基礎件系列。由于場地受限，用戶要求壓縮機基礎利舊，這就給改造造成了很大的難度，機器提高了一個噸位，按常理機器的尺寸也該擴大一些，可現在基礎利舊，我們設計時考慮的問題就多了，此外3級改成4級，又多了一套冷卻器和分離器，這就給布置增加更大的難度。表2是經過計算的新參數及主要技術指標。

3 主要零部件的具體改造方案

3.1 機身及中體

（1）原壓縮機機身與中體一體式設計，采用對接方式。

（2）現機身和中體分開設計，整體式機身，機身上的所有軸承孔精加工時可在一次裝夾中加工完成，保證軸承孔的同軸精度，這對曲軸的長周期安全運轉非常重要，克服了對接機身安裝找正的不便。同時解決了對接機身，對接處滲油的缺點。機身（曲軸箱體）上設充氮口，以防潤滑油老化產生易燃氣體外漏引起爆炸燃燒，曲軸箱上應裝有防止壓力迅速升高的呼吸器。

（3）分體式中體滑道，克服了以往中體機身整體式帶來種種弊端，如滑道磨損及滑道損壞不可更換、整體鑄件滑道位置的鑄造偏移、滑道中心線與機身軸線的位置誤差等。

（4）機身及中體改造具體如下：為滿足80基礎件強度，將機身加寬，由1290 mm加寬至1440 mm，同時保證地腳孔不變，壁厚改為40 mm，筋寬改為45 mm；中體壁厚改為45 mm。

（5）減小壓縮機的行程，由400 mm改成360 mm，使法向垂直力盡量靠近基礎，使壓縮機運行更平穩。

（6）機身上加有支撐橫梁，確保機身足夠的剛度。

3.2 曲軸

曲軸采用鍛鋼制造，為滿足80基礎件強度，曲軸軸徑由280 mm改為320 mm。重新進行強度校核，曲軸與電機連接摩擦面重新計算。

3.3 連桿

（1）連桿采用鍛鋼制造，為滿足80基礎件強度，連桿等關鍵受力部位經過計算及強度校核，整體全部加大加強。

（2）連桿為整體鍛造連桿，整體外形由數控機床一次加工成型，連桿的過度圓弧流暢，減小應力集中；改變了以往電弧切割在加工成型的缺點，電弧切割使連桿體周邊由于高溫金相組織發生變化，殘余應力激增，使連桿強度減弱。

（3）連桿大頭瓦采用鋁鎂合金材料，為整體瓦無鋼背，耐比壓能力比傳統鋼背掛巴氏合金瓦提高4～5倍。

3.4 十字頭

（1）十字頭用鑄鋼制造，上下滑板掛巴氏合金。為滿足80基礎件強度，十字頭銷直徑由160 mm改為175 mm。十字頭外徑由450 mm改為480 mm，關鍵受力截面進行強度校核。

（2）十字頭與活塞桿連接采用我公司自主設計的半液壓連接結構。

（3）壓縮機十字頭滑履為可拆卸式，十字頭與滑道的安裝間隙是通過增減滑履和十字頭體之間的墊片來調整的，保證了十字頭中心與滑道中心的一致，同時保證了潤滑油膜的形成間隙。

（4）十字頭滑履采用電弧噴涂巴氏合金新工藝。應用電弧噴涂技術，將我公司自己調配的巴氏合金材料噴涂到壓縮機十字頭的滑履表面上，這樣結合力高、形成了耐磨的巴氏合金涂料層。

3.5 活塞桿

（1）為滿足80基礎件強度，活塞桿直徑由110 mm改為120 mm。

4 氣管路的重新布置

在石化行業中，大型高壓壓縮機應用的越來越多，尤其是采用往復對動平衡結構以來，壓縮機的轉速越來越高、氣量也不斷增大、平衡性能也越來越好，滿足了石油化工行業生產的日益發展的需求，但是事故停車經常時有發生。造成事故停車的因素，有很多是由管路振動引起的，而壓縮機管路系統的振動，主要由管路氣流脈動所引起得。

往復式對動平衡壓縮機管路的振動是各個企業機器運行中的安全隱患之一，如管路激振力持續超過許用值，會引發的管路振動，會使管路自身以及與它相連的部件、甚至壓縮機的基礎產生疲勞性的破壞，從而影響到壓縮機的正常運行。此外，管路振動會使壓縮機車間得噪聲達到110 dB，從而對車間周圍的環境造成了很大的噪聲。

本次改造壓縮機轉速也由原來的300 r/min提高到333 r/min，轉速的提高，導致固有頻率的改變，對管路的振動有著極大影響，而且3級改4級，管路又增加了一級，所以本次改造在設計時就充分的考慮各種因素，還做了管路脈動及振動分析。

管路振動的原因：

在壓縮機運行過程中，活塞的運行速度是不均勻的，管路的氣流速度也會發生周期性的變化，這樣時脈動的氣流在壓縮機氣管路的閥門、異徑接頭及彎頭等截面變化處，產生了周期性的激振力，對壓縮機的管路系統乃至壓縮機本體都會產生疲勞性的破壞，會造成連接螺栓的松動，甚至會使壓縮機氣管路的管件出現裂紋，從而會導致管路泄漏，嚴重的話會造成火災、氣體中毒、壓縮機系統爆炸等大型事故，對工人的危害極大。

管路系統的振動程度與管路的管件、結構尺寸、管路配置都息息相關。

本次改造氣管路主要從以下方面做了研究及改善：

（1）在總進氣口處增加了入口分離器，即對入口氣體起到了分離水分的作用，又起到了緩沖的效果。

（2）緩沖器的安裝位置和設計理念：本機所有緩沖器安裝位置都極其靠近氣缸，這樣從氣缸出來的脈動氣流就可以直接得到有效的緩沖，另外3、4級緩沖器做成了球型，讓反射波都能折射到中心，使機器運行更平穩。

（3）管道的管徑大小對氣流的速度的高低起到決定性的作用，從而對壓力不均勻度也起到了決定性的作用，裝置在同樣的條件下，管道的管徑管徑不同，沿管線的氣流速度、壓力的不均勻度也是不同的。所以本次改造在管徑大小上做了詳細的計算，結合實踐經驗，使各個管段的流速都控制在我們允許的范圍內。

（4）在管路的走向上，在計算了熱膨脹量的基礎上，讓管路盡量少增加彎頭。

（5）先憑經驗做了布置了管路支架，后根據脈動和振動模擬分析報告調整了位置。

最后我們又做了脈動和振動模擬分析，都滿足API618的方法3的要求。

下圖是管路應力分析建模

5 結語

此次改造經過設計及生產，再到用戶現場安裝，歷時半年多的時間，現在已經開車運行了3個月的時間，機組運行平穩，管路振動小，各項參數都達到了設計指標，受到了用戶的一致好評，滿足了用戶擴大再生產的需求，同時也給用戶節省了日常經營成本，使用戶利潤得到了最大化，還解決了原機組零件老化帶來的安全隱患。