螺桿壓縮機在純堿生產(chǎn)中的應(yīng)用

南長文，袁自成，張琰荊

(1.金昌氨堿源化工有限公司，甘肅 金昌 737100；2.上海開山氣體壓縮機有限公司，上海 200000)

金昌氨堿源化工有限公司合成氨聯(lián)堿裝置搬遷升級改造項目2018年立項以來，我司認(rèn)真細(xì)致的考察了純堿行業(yè)在用的濃氣及清洗氣壓縮機，最終采用開山集團的螺桿壓縮機，并在生產(chǎn)中做出技術(shù)改進。重新設(shè)計了一套軸封充氣及回油系統(tǒng)，解決潤滑油泄漏問題，達到密封的目的；解決了濃氣二氧化碳的流量不穩(wěn)定，在進口壓力低緊急停車時，由于出口壓力高、進口壓力低，在壓差的作用下，可能的陰陽轉(zhuǎn)子高速反轉(zhuǎn)，引起設(shè)備損壞問題；解決了油槽中潤滑油會被高速運轉(zhuǎn)部件甩出并飛濺和霧化，避免大量油霧在聯(lián)堿車間廠房內(nèi)彌漫，造成環(huán)境污染；提高了壓縮機的效率減少額外消耗功率。

1 濃氣、清洗氣螺桿壓縮機技術(shù)參數(shù)

濃氣螺桿壓縮機主要作用是將濃CO2氣體加壓進入碳化塔中，與氨鹽水進行碳化反應(yīng)，生成碳酸氫鈉結(jié)晶和氯化銨母液。

清洗氣螺桿壓縮機主要作用是將清洗氣從碳化塔底通入，使塔頂加入的氨母液不斷攪動融合，增加碳化塔結(jié)疤物溶解速度。

表1 螺桿壓縮機技術(shù)參數(shù)表

表2 濃氣及清洗氣成分(V%)

2 螺桿壓縮機的優(yōu)勢

聯(lián)堿法制堿用濃氣壓縮機，屬于工藝流程壓縮機，一旦壓縮機故障停車，工藝流程就會中斷，對整個生產(chǎn)影響很大，因此要求壓縮機能長期連續(xù)運轉(zhuǎn)，可靠性高。此次合成氨聯(lián)堿裝置搬遷升級改造項目，新投用兩臺濃氣螺桿壓縮機、兩臺清洗氣螺桿壓縮機。壓縮機組自工藝氣調(diào)試試車、投用以來有以下特點。

1)動平衡性能好，可靠性高，零部件少，沒有易損件，因而運轉(zhuǎn)可靠、壽命長，螺桿主機機頭設(shè)計壽命在20年。

2)機組運行平穩(wěn)，容積效率較高，對于濃氣中所含的雜質(zhì)(主要為塵污等)，幾乎不受其影響，這方面較離心及往復(fù)式壓縮機優(yōu)越。

3)在滿足同等的工藝參數(shù)的前提下結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，基礎(chǔ)及廠房占地面積比往復(fù)式壓縮機小20%。

4)輸出氣量連續(xù)均勻且不受排氣壓力影響，氣流脈動小，能在較寬的工況范圍內(nèi)保持高效率。在氣量較小時，也不會像離心式壓縮機一樣產(chǎn)生喘振，影響機組正常運行。

5)單機輸出氣量大，在大型堿廠顯示出優(yōu)勢，所需操作和維護人員少。

6)純堿用螺桿壓縮機采用噴水螺桿，兼有冷卻、潤滑、密封和對含塵氣有凈化作用，同時也可保持氣體潔凈，不受潤滑油脂污染。

3 聯(lián)堿生產(chǎn)用螺桿壓縮機的完善和改進

為保證壓縮機組安全運行，壓縮機廠在對濃氣及清洗氣壓縮機在設(shè)計階段就進行提前完善及改進，以期機組能滿足純堿生產(chǎn)的需要。

1)濃氣及清洗氣壓縮機組軸封采用迷宮密封+多級充氣碳環(huán)密封，確保在正常工況以及開停車時工藝氣不向外泄漏，同時阻止?jié)櫥瓦M入工藝氣內(nèi)。壓縮機轉(zhuǎn)子軸封外圓表面與軸封蓋之間存在間隙，此間隙是保證裝配必不可少的，對于此處的潤滑油泄漏問題，重新設(shè)計了一套軸封充氣及回油系統(tǒng)，來消除此間隙，達到密封的目的。

2)螺桿陰陽轉(zhuǎn)子為馬氏體不銹鋼、整體鍛件制造，充分考慮到CO2環(huán)境下的腐蝕情況。同時轉(zhuǎn)子型線采用Y-2型線(開山專利)，Y-2型線的設(shè)計和制造，充分考慮了工藝氣進入壓縮機時壓力、雜質(zhì)等波動時，轉(zhuǎn)子所能承受的交變應(yīng)力，以保證將工藝氣中的雜質(zhì)顆粒順暢的排出，并起到更好的密封作用，提高壓縮機的效率。當(dāng)流量變化在88%～100%，可采用提升閥(開山專利)實現(xiàn)，該閥門在壓縮機吸氣階段進行調(diào)節(jié)，不會額外消耗功率，可實現(xiàn)壓縮機軸功率的同比例節(jié)約。

3)在機組運行過程中，油槽中的潤滑油會被高速運轉(zhuǎn)部件甩出，使油飛濺和霧化，當(dāng)油霧聚集到一定程度就會從密封部件和轉(zhuǎn)動部件結(jié)合處溢出，使大量油霧在聯(lián)堿車間廠房內(nèi)彌漫，造成環(huán)境污染、威脅系統(tǒng)正常運行。為解決這一問題，在壓縮機主機上設(shè)計時就設(shè)有油分芯，釋放殼體內(nèi)部壓力，聚集通過的油霧。此外在油箱上安裝有油霧風(fēng)機，通過風(fēng)機產(chǎn)生壓力，將油箱及油管道抽成微負(fù)壓，抽出的帶有油霧的氣體經(jīng)過過濾分離等措施后，即可放空。

4)濃氣及清洗氣中CO2含量較高，溶于噴液軟化水中，有很強的腐蝕性，對出口管道沖刷嚴(yán)重，特別是閥門閥芯及管道彎頭處。因此在這些關(guān)鍵部位都選用奧氏體不銹鋼材質(zhì)，有效抵御氣體腐蝕及沖刷，提高管道壽命。

5)機組配備完整的自我監(jiān)測保護系統(tǒng)，運用各種傳感器對現(xiàn)場信號如壓力、溫度、振動等進行采集，并通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)與控制柜之間的數(shù)據(jù)傳輸。利用控制柜中組態(tài)軟件開發(fā)的人機界面，不僅對機組運行狀態(tài)進行實時動態(tài)顯示及監(jiān)測，對出現(xiàn)的故障立即進行聲光報警或者聯(lián)鎖控制。同時通過以太網(wǎng)連接，可以實現(xiàn)實時、在線遠(yuǎn)程操作，包括遠(yuǎn)程操作、參數(shù)設(shè)定、系統(tǒng)設(shè)置、動態(tài)監(jiān)視等。

6)由于濃氣及清洗氣中粉塵顆粒等含量較高，造成壓縮機進氣過濾網(wǎng)經(jīng)常堵塞，效率降低，被迫經(jīng)常停機處理。為解決該問題，經(jīng)現(xiàn)場改造，在過濾網(wǎng)上增加清洗裝置，實現(xiàn)在不停機的情況下清洗過濾網(wǎng)。同時，為了更好監(jiān)控過濾網(wǎng)過濾網(wǎng)堵塞情況，配備了過濾網(wǎng)壓差變送器，對過濾網(wǎng)前后壓差進行監(jiān)控和記錄，根據(jù)壓降情況對過濾網(wǎng)進行清洗。

7)針對濃氣及清洗氣壓縮機組閥門、管道、儀表數(shù)量眾多的特點，將整個壓縮機系統(tǒng)進行了模塊化、系列化設(shè)計，包含了驅(qū)動系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、碳環(huán)密封系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。在工廠預(yù)制最大化，現(xiàn)場安裝最小化，減少現(xiàn)場施交叉作業(yè)，地面、平臺預(yù)制最大化、高空作業(yè)最少化，減少高空作業(yè)潛在危險。電氣系統(tǒng)設(shè)計采用PLC控制柜+馬達控制柜+操作面板的組合模式，電控系統(tǒng)在控制元件選擇、接線端子排列等方面進行了統(tǒng)籌規(guī)劃和特殊設(shè)計，根據(jù)使用習(xí)慣配置操作按鈕和操作觸摸屏。

8)因上游企業(yè)供送濃氣二氧化碳的流量不穩(wěn)定，在螺桿壓縮機組因進口壓力低緊急停車時，由于出口壓力高、進口壓力低，在壓差的作用下，出口管線內(nèi)的氣體就會沿著轉(zhuǎn)子間隙反向回到入口管線，從而帶動陰陽轉(zhuǎn)子高速反轉(zhuǎn)，引起設(shè)備損壞。為解決這一問題，設(shè)計時在進排氣管道間增加一路緊急停車旁路管道，裝有氣動閥組。在機組緊急停車時，氣動閥自動打開，以平衡進出口壓力，從而阻止陰陽轉(zhuǎn)子出現(xiàn)反轉(zhuǎn)的情況。

4 結(jié) 語

2019年甘肅金昌氨堿源化工有限公司與開山集團股份有限公司合作，結(jié)合本公司聯(lián)堿法的工藝特點，展開了濃氣及清洗氣螺桿壓縮機在聯(lián)堿法生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用研究，依靠各自自身技術(shù)力量，不斷創(chuàng)新，針對聯(lián)堿法特點對設(shè)備結(jié)構(gòu)重新優(yōu)化設(shè)計，完全解決了目前濃氣及清洗氣螺桿壓縮機應(yīng)用在聯(lián)堿生產(chǎn)中的技術(shù)難題，通過純堿生產(chǎn)企業(yè)與設(shè)備制作廠家緊密協(xié)作，生產(chǎn)工藝與設(shè)備性能相結(jié)合，攻克了技術(shù)難關(guān)，對我國純堿企業(yè)的降本增效和高質(zhì)量發(fā)展有重要的意義。