深度脫水裝置循環氣壓縮機的選型及應用

張林松

引言

天辰公司引進的種子微懸浮法糊樹脂聚合工藝要求氯乙烯的含水量≤100ppm，而國內電石法氯乙烯生產的氯乙烯含水量一般都≥600ppm。氯乙烯深度脫水裝置自2014年投入運行以來，運行情況良好，VCM含水能長期控制在50ppm以下，其他各項指標均達到設計要求。深度脫水裝置的穩定運行大大降低了粗單體中的水含量，使產品的質量和產量都得到了一定提高。為了使該裝置能更穩定地適應生產，天辰公司也不斷地對深度脫水裝置進行技術優化，尤其是循環氣壓縮機常發生故障從而影響整套裝置的穩定運行的問題。

深度脫水裝置中的循環氣壓縮機是整個裝置的核心設備，其功能是給循環氣提供足夠動力，將熱量帶入再生吸附塔，使吸附劑得到充分再生。如果循環氣壓縮機發生故障，導致吸附劑沒有得到充分再生就繼續下一次吸附，從而使裝置的凈化氣中水含量超標，而最終對生產企業的產品產生不良影響。

1 壓縮機的類型及應用范圍

1.1 化工常用壓縮機的類型

按照壓縮氣體的工作原理分類，可分為容積式壓縮機和透平式壓縮機。

容積式壓縮機：工作原理是依靠工作腔容積的變化來壓縮氣體，因而它具有容積可周期變化的工作腔。按工作腔和運動部件形狀，容積式壓縮機可分為“往復活塞式”和“回轉螺桿式”兩大類。

透平式壓縮機：工作原理是由裝于軸上帶有葉片的工作輪(葉輪)在驅動機的驅動下做高速旋轉。葉片對氣體做功使氣體獲得動能，經擴壓流動后轉變為壓力能，從而提高氣體壓力。按氣體流動方向的不同，透平壓縮機主要分為軸流式和離心式兩類。

1.2 化工常用壓縮機應用范圍

由于各類壓縮機的工作特點不同，其特征和適用范圍也不盡相同，目前各主要機型的適用范圍如下圖1所示。但各類壓縮機的應用區域有很大的重疊范圍，在采用壓縮機時必須根據具體條件來選擇，以達到良好的經濟效果。

圖1 各類壓縮機的適用范圍

2 深度脫水裝置中循環氣壓縮機選型分析

目前天辰公司糊樹脂產量設計為13.5萬噸/年，那么深度脫水裝置處理的粗單體量約為10000～1500Nm3/h，按照經驗可估算出深度脫水裝置中循環氣壓縮機的體積流量需要達到7000～11000 Nm3/h（空氣介質）。如圖1所示，適用該流量范圍的壓縮機有往復活塞式、回轉螺桿式和離心式壓縮機，而當流量較小時，離心式壓縮機的葉輪需要變窄，使加工制造比較困難，運行時也會變得不穩定。所以當遇到這種小流量要求的場合，生產廠家總是習慣采用往復活塞式或者回轉螺桿式壓縮機。

2.1 往復活塞式壓縮機

往復活塞式壓縮機基本原理是靠在氣缸內做往復運動的活塞，使容積縮小而提高氣體壓力。基本結構由多個活塞、活塞環、氣門閥件、曲軸軸瓦等組成。這是最早的壓縮機型式，適用于中小氣量、各種壓力，特別適用于高壓和超高壓；壓力基本不隨氣量而變化，驅動機大都采用電機，一般不調速；在部分載荷操作時效率降低，故選擇活塞式壓縮機時，氣量裕度不宜過大。這種壓縮機的缺點是排氣不均勻、氣流有脈動，容易引起管道振動；其結構復雜笨重，占地面積大，維修工作量大，使用周期短等。

2.2 回轉螺桿式壓縮機

回轉螺桿式壓縮機基本原理是靠減少氣體所占據的封閉空間的容積來提高氣體壓力。但相對于往復活塞式，回轉螺桿式壓縮機結構要簡單的多，主要由一對平行排列相互嚙合的高加工、裝配精度的螺桿轉子組成，通過螺桿轉子齒間容積的變化達到壓縮的目的。它沒有氣閥、活塞環等易損件，結構簡單緊湊，運轉可靠，壽命長；平衡性好，振動小，噪音低，對安裝基礎要求不高，可直接放置于基礎上，安裝和維修都很方便；輸氣平穩，無氣流脈動，能夠滿足要求較高氣量的需求。

3 循環氣壓縮機在深度脫水裝置中的實際應用情況

生產廠家選用的循環氣壓縮機均為噴油螺桿式和無油往復式。結合生產廠家實際運行情況，對兩種壓縮機實際運用中的故障問題作了如下分析：

無油往復式壓縮機：目前各個生產企業使用的無油往復式壓縮機都是由泰興新型工業泵廠所生產。在實際運行過程中，部分壓縮機出現了活塞環損壞和底座滑道損壞的問題，這兩個問題在泰興新型工業泵廠的積極配合下，通過更改活塞環和底座滑道材質、更改活塞環固定方案和增加潤滑油冷卻器的方法得到了解決。該壓縮機最主要的問題是氣閥使用壽命太短，各個生產企業反映該壓縮機氣閥每兩個月左右就需要更換，有時甚至半個月就得更換氣閥。目前在公司改進的新工藝中，不再使用無油往復式壓縮機來抽空，同時再生循環氣也由以前的單體改為氮氣，這樣可以避免單體對壓縮機造成腐蝕，也可以避免出現液體進入吸氣側的意外情況發生（閥片破損有時因液體被帶進吸氣側所致）。相信通過天辰公司和泰興新型工業泵廠的共同努力，該無油往復式壓縮機在新工藝的運行中，氣閥壽命會得到一定提升。

噴油螺桿式壓縮機：由于無油螺桿壓縮機的各部位間隙較小、制造精度高、轉速高、軸承和軸封等精度要求也高，導致價格較貴；而噴油螺桿壓縮機機的轉速可降低到無油螺桿壓縮機轉速的1/3—1/5，用電機直接轉動即可，結構相對簡單，價格相對較低，所以生產企業常選用噴油螺桿式壓縮機。但是噴油螺桿式壓縮機在實際運行過程中，容易出現再生循環氣中夾帶吸附劑粉塵導致油氣分離設備的濾芯堵塞問題，對于該問題可以采取更換更好的精密過濾器來解決，目前精密過濾器可降到0.1×10-6，甚至可降到0.01×10-6，過濾器過濾精度可達到3μm，1μm和0.01μm等級；同時還易出現潤滑油易乳化問題，該問題是由于進入壓縮機的循環氣中夾帶飽和水量過多導致，在新的工藝中，循環氣由以前的單體更改為氮氣，那么我們可以將壓縮機進口的循環氣溫度控制更低，減少帶入壓縮機的飽和水量。

4 結論

結合兩種壓縮機的實際運行情況來看，在設備的采購投資方面，無油往復式壓縮機與噴油螺桿式壓縮機相比，具有較大的價格優勢。但是在效率和維護方面，無油往復式壓縮機有氣閥、活塞、活塞環、連桿瓦等諸多易損件，連續運行的可靠性差，一方面會影響生產，另一方面也會增加維護管理的費用；而噴油螺桿壓縮機中不存在影響機器效率的易損件，進行壓縮的一對轉子并不直接接觸，不會出現磨損情況，因此長期連續運行的經濟性要優于無油往復式壓縮機。