鲁中化工氮氢气压缩机工作压力超高的消除技术

鲁中化工氮氢气压缩机工作压力超高的消除技术

李广彬1 ,李彤2

济南市特种设备检验研究院   山东 济南  250000

摘要：化工生产企业在合成氨生产过程中，由于各种原因导致精炼工作压力超高，本文主要介绍压缩机末级气缸的扩大技术在保持原来生产能力的情况下，消除氮氢气压缩机各段压力超高的情况。

关键词：氮氢气压缩机  缸径扩大  消除压力超高

1、前言

鲁中化工公司在合成氨生产过程中，由于各种原因导致精炼工作压力超高，原料气精炼所需工作压力一般在12-13兆帕即可，但在生产过程中精炼六出的工作压力往往达到14兆帕，超高的工作压力使得压力容器超压工作带来不安全的隐患，而且工艺流程中的的铜液泵的功率消耗随着精炼工作压力的升高而相应增加。因而精炼工作压力超高往往成了限制压缩机输气能力继续提高的一大瓶颈。

2、氮氢气压缩机压力超高原因分析

从2014年以来，鲁中化工公司的终端产品从原来的生产碳酸氢铵逐步改变成尿素，因而合成氨的生产流程也从原来的碳化流程变成脱碳流程。氮氢气压缩机走脱碳流程时气体从二段送出到变换，然后就直接碳化，气体中二氧化碳成分被吸收而取除了，因而体积缩小了约35％.但是走脱碳流程的气体，从变换出来后，体积增加25％后直接进入压缩机三段，对于六级压缩机一般设计的脱碳工作压力是1.7兆帕的表压，气体经三段压缩后即可达到此压力，送出到脱碳系统。此时三段入口气体量虽然增加，但由于在三段入口量增加的同时，气体从变换不经碳化直接进三段，压力损失小，因此三入气体压力有所提高，三段气缸的标方吸入量变换不大，在六级压缩机从碳化流程该为脱碳流程时，由于三段入口气量增加而产生的矛盾并不明显，对于七级压缩机来说，由于一般设计脱碳工作压力为2.7兆帕表压，气体从三段吸入后，还要经四段压缩才到2.7兆帕表压送出到脱碳。由于四段缸吸入气量增加35％，然而四入压力并未升高，因此四段缸吸入容积明显不足，使得三段出口压力显著提高。

3、氮氢气压缩机压力超高消除措施及可行性分析

由于在实际生产过程中，其合成工作压力并未达到32兆帕表压的上限工作压力，经研究分析决定采用通过加大压缩机末及缸直径的的方式，增加下级气缸的吸入容积来降低上级超高的工作压力，其可行性如下：

①.末级缸吸入容积的加大，可使前级压力下降：

从气体状态方程可知，压缩机某一段排除气体压力取决于后级气缸的吸入容积，排出气体压力与下级吸入容积成反比，也即下级吸入容积越大，上级气体排出压力越低。，在氮氢气压缩机中，扩大七级压缩机七段缸直径，可降低精炼工作压力。

②.合成工作压力的高低，决定了末级缸的可扩大范围：

末级缸的缸径加大，必然导致活塞力的增加。压缩机扩缸当然要受活塞力的限制，缸径扩大后，运行时的活塞力不能超过该机的允许最大活塞力。有时，精炼工作压力超高较多，希望末级缸缸径扩的足够大，以便精炼工作压力有足够大的下降幅度。但是扩缸能扩到多大，取决于末级缸的工作压力也即合成工作压力。如果合成工作压力31.4兆帕打足了，那么其缸径扩大的可能性就较小。如果合成系统工作压力较低，那么就给末级缸的扩缸创造了充分的条件。当合成工作压力足够低时，就可以把缸径扩的足够大，以便精炼工作压力降到我们期望达到的范围。

③.在同样的条件下，末级缸扩后机台工作负荷不会加大：

在对压缩机末级缸进行扩缸改造时，如果多台机或多种机型共用一个精炼时，应注意只有当所有机台全部完成扩缸后，精炼压力才能下降到预期值。如果只对少数机台或某一机型扩缸，会造成扩缸机台负荷加重现象。只有通过计算，按工作条件设计加大末级缸使得扩缸后计算活塞力无明显加大时，在所有机台均完成扩大缸径改造后，机台扩缸后运行负荷不会比未扩缸时加大。

④.高压段气缸，缸径适当加大，不会影响缸体强度：

高压段气缸中的气体密度很大，气缸直径的少量加大，可形成进口气体压力值较大幅度的下降。因此，一般所需加大缸径的数值不大，对于有很大壁厚的高压段气缸来说，缸径的加大不会影响气缸强度。

4、氮氢气压缩机压力超高消除措施实施方式及注意事项

①.按压缩机技术参数进行扩缸计算。注意向同一精炼系统输气的所有压缩机都应考虑同时扩缸，只扩其中一台或一部分时会使扩缸机承受负荷偏重。

②.机台末级缸缸径可以扩大的数值依合成工作压力的高低，系统内配备各种机型吸入容积大小，各种机台未扩缸前承受负荷大小的不同，由计算决定。

③.确定了末级缸可以扩大的缸径，在加工完毕加大活塞总成后，对原气缸进行镗大、镶加大缸套即完成了改造。

④.将镶了加大缸套的缸体装机，再将加大活塞总成安装上机，即可开车使用。加大活塞总成除活塞部分直径加大外，其余轴向尺寸均不作改变，因此安装要求与原机一样

注意事项：在有多台压缩机共同输气的精炼系统压力的降低要在三分之一以上的机台扩缸后精炼压力的下降才会随着压缩机逐台扩缸投运后又明显的逐台下降。只有在系统内全部压缩机扩缸完成后，精炼压力下降才会达到计算预定的数值。

5、实施效果

同一精炼系统工作的压缩机型号和台数：H12-57/320四台。MH92/31.4一台

扩缸改造前精炼工作压力：14兆帕表压

五台机全部扩大末级缸后精炼工作压力：12.5兆帕表压

合成工作压力：27.5兆帕表压

6、结论

综上所述，压缩机末级气缸的有效扩大，可明显地降低前级气缸工作压力，也即有效的降低了精炼工作压力，对保证安全生产，对压缩机生产能力的提高，对降低设备的能耗有很大益处，当压缩机由于改走脱碳流程而引起超压时，完全能够通过扩缸来解决问题，使得机台保持原来生产能力，并且各段压力不再超高，而且活塞力均衡不超。在H12-57/320压缩机上扩缸，完全能够在旧缸体上进行，无需另外制作缸体。因此，本技术措施具有投资小、效果好、见效快、简易可行的特点，值得在同行业有同样问题的企业推广。

参考文献：

1王东明：压缩机无油润滑技术

2卢斌：压缩机扩缸技术设计与原理