4M型活塞機四缸改兩缸在安鋼的應用

劉文軍 王慶豐 王 浩 趙付平 于海順

（安陽鋼鐵股份有限公司）

0 前言

動力廠3#煤氣加壓站于2013年10月開始投產，主要肩負著給冷軋廠焦煤用戶提供高質量焦爐煤氣的任務。從焦化過來的焦爐煤氣通過機前過濾罐過濾后，根據冷軋用戶使用要求經過加壓機加壓后輸送至冷軋廠用戶。全站設4M40-420/0.06-3 型焦爐煤氣往復活塞式壓縮機4臺，運行方式為開3備1，設計出站壓力0.3 MPa，每臺流量25 200 m3/h。冷軋生產線由于各種原因產能未能全部釋放，煤氣用量僅有12 000 m3/h左右，開一臺活塞機就可滿足生產需要，且有一半的流量白白浪費。如果將活塞機四缸運行改為兩缸運行，是否能滿足生產，節能降耗情況如何，筆者就此問題進行分析。

1 概況

1.1 工藝概況

3#煤氣加壓站主要是將焦化廠凈化后的煤氣通過機前過濾罐過濾后，經過活塞機加壓到300 kPa，經冷卻器冷卻后外供冷軋使用。焦爐煤氣的主要成分見表1。3#煤氣加壓站工藝流程如圖1 所示。

表1 焦爐煤氣組分（標準狀態下干煤氣）

1.2 設備概況

1.2.1 過濾器

焦爐煤氣在進入活塞機前，要經過過濾器進一步過濾掉焦油等雜質后再進入DN1400機前進氣母管，依次經機前電動蝶閥、眼睛閥進入壓縮機。每臺過濾器內部設置可拆卸的13個濾筒，過濾面積為91.84㎡，濾芯材質為316 L，采用內部通蒸汽向外吹掃，有效降低了煤氣中的焦油、灰塵含量，焦爐煤氣雜質成分：硫化氫200 mg/m3,焦油含量：50 mg/m3，萘含量：150 mg/m3。過濾器主要參數見表2。

圖1 3#煤氣加壓站主煤氣流程工藝

1.2.2 活塞機

活塞機為4M40-420/0.06-3 型焦爐煤氣往復活塞式壓縮機，M式對動平衡型、四缸一級壓縮、氣缸水冷、壓力循環潤滑、電機拖動，各列氣缸水平布置并分布在曲軸兩側，具有動平衡性好、操作檢修方便等優點。該機型吸收了國內外壓縮機領域的先進技術，采用API618及有關標準，機身材料為優質灰鑄鐵HT250，上部開口框架。活塞機主要參數見表3。活塞機加壓工藝如圖2所示。

表2 過濾器主要參數

表3 活塞機主要參數

圖2 活塞機加壓工藝

2 問題及分析

3#加壓站活塞機將本部焦爐煤氣通過地埋長輸管道供至冷軋廠區，供鍋爐等設備使用。由于單臺活塞機外供量達25 200 m3/h，而用戶僅能消耗12 000 m3/h，為保證管網壓力正常，只能打開回流閥調節流量，容易造成活塞機反復做功，浪費能耗，同時對活塞機的安全運行造成了影響。由于活塞機四缸運行，檢修時需對四個缸分別檢修，備件消耗大，檢修時間長，維修工作強度大。

2.1 功率損耗大

活塞機單臺供氣量達25 200 m3/h，而用戶僅能消耗12 000 m3/h，開一臺機就能滿足生產需要，能源消耗大。活塞機配套電機主要參數見表4。

表4 增安型高壓異步電動機主要參數

根據公式：

活塞機實際運行時電流見表5。

表5 2019年1～10月份活塞機運行電流

月平均 131

通過對活塞機電機電流的統計，得出活塞機實際每小時耗電量為1 588.2 度/小時。每度電按0.5 元算，每年電費695.6萬元。

2.2 檢修工期長，人工費用高

活塞機為4M40-420/0.06-3 型往復活塞式壓縮機，M式對動平衡型、四缸一級壓縮、氣缸水冷、壓力循環潤滑，具有高壓力、大流量特點，其機械部分易損件多，機器結構復雜，檢修施工難度大，現場安裝、拆洗、裝配工作量大，檢修工期長。活塞機檢修時長統計見表6。

從表6可以看出，每臺活塞機的平均檢修時間約為59 天，最長檢修時間達到了81 天，按平均檢修59 天，檢修人員6 人，每人每天按500 元工資核算，則每次檢修一臺活塞機所需人工費用為59×6×500=177 000 元。

2.3 備件消耗高

活塞機檢修消耗備件主要有軸瓦、連桿、活塞、活塞環、填料、刮油環、支撐環、進氣閥、排氣閥等，其中進氣閥、排氣閥故障是常見故障，每臺活塞機四個缸，每個缸有16套進氣閥和16套排氣閥，每臺活塞機共有64套進氣閥和64套排氣閥，因此，進氣閥、排氣閥的消耗數量也比其他備件消耗多。檢修消耗進氣閥、排氣閥數量統計見表7。

表6 活塞機檢修時長統計

表7 檢修消耗進氣閥、排氣閥數量統計

從表7可以看出，每次檢修所需更換的進、排氣閥分別為35套和32套，2021年進排氣閥的采購價格分別是2 100元和1 865 元，則每次檢修消耗進排氣閥費用為：2 100×35+1 865×32=13.3 萬元。

3 應對措施

4M40-420/0.06-3 型焦爐煤氣往復活塞式壓縮機，布局結構是四缸一級壓縮，M式對動平衡型，各列氣缸水平布置并分布在曲軸兩側，在不改變原機組主要技術指標，即進氣溫度、進氣壓力、排氣壓力，氣量能夠滿足生產的條件下，將活塞機后側對稱一對活塞缸拆除，變成兩缸一級壓縮。2019年11月至2020年9月，先后將2#、4#、1#活塞機改為兩缸一級壓縮，改造完成后每臺流量12 600 m3/h，升壓0.3 MPa，能夠滿足冷軋生產用量12 000 m3/h的要求。

4 效果

1#、2#、4#活塞機改造后，通過近一年的觀察，活塞機的運行周期和改造前沒有明顯變化，平均約35天左右，壓力和流量也能滿足生產，但備件消耗，檢修時間，維修工作強度等指標都比改造前有了很大改善。

4.1 功率損耗大大降低

活塞機改為兩缸運行后，電機電流大大降低，節電效果明顯，實際運行時電流見表8。

表8 2020年10月—2021年7月活塞機兩缸運行電流

圖3 活塞機結構

從表8可以看出，得出活塞機實際每小時耗電量為1 127.5度/小時，每年電費為493.8 萬元，每年節約電費201.8 萬元，節電效果明顯。

4.2 檢修工期縮短，人工費用降低

活塞機改為兩缸運行后，由于減少了兩個活塞缸的檢修工作，檢修工作量減少了將近一半，檢修工期也大大縮短，從而降低了檢修人工費用。對活塞機改造后的檢修時間進行統計，結果見表9。

表9 活塞機改造后檢修時長統計

從表9可以看出，改造后每臺活塞機平均檢修時間約為18 天，按檢修人員6 人，每人每天按500 元工資核算，則每次檢修一臺活塞機所需人工費用為5 4000 元。每臺活塞機檢修人工費比改造前減少12.3 萬元。

4.3 備件消耗降低

活塞機改造后，每臺活塞機2個缸，每個缸有16套進氣閥和16套排氣閥，每臺活塞機共有32套進氣閥和32套排氣閥，數量比改造前減少了一半。因此，進氣閥、排氣閥的消耗也相應減少。改造后檢修消耗進氣閥、排氣閥數量統計見表10。

表10 改造后檢修消耗進氣閥、排氣閥數量統計

從表10可以看出，活塞機改造后檢修所需更換的進、排氣閥分別為12套和13套，2021年進排氣閥的采購價格分別是2 100 元和1 865 元，則每次檢修消耗進排氣閥費用為4.9 萬元。和改造前相比，每次檢修可節約進排氣閥備件費為8.4 萬元。

5 結語

2019年11月以來，通過對1#、2#、4#活塞機四缸改兩缸的改造運行觀察分析，4M型活塞機改四缸改兩缸運行是可行的，活塞機兩缸運行，改造簡單，當工礦改變時，也可迅速恢復四缸運行。不僅滿足了冷軋生產需要，還在節能降耗、降低備件費用，減少檢修時間、節約人工成本等方面取得了不錯成績，為公司的提質增效、生產順行提供了保障。