6M50空气-氢氮气联合压缩机的改进及效果.pdf

第 1 期 2 0 0 8年 1月 中 氮肥 M Si z e d Ni t r o g e n o u s Fe r t i l i z e r Pr o g r e s s NO 1 J a n 2 0 0 8 6 M 5 0空气 一氢氮气联合压缩机 的改进及效果 黄瑞阳 杨青 山 张明星 四川美丰化工股份有限公 司德 阳分公司 四川 德阳6 1 8 0 0 0 摘要 6 M 5 0空气 一氢氮气联合压缩机是目前国内最大型的电动往复活塞式压缩机 第一次 设计 第 一次制造 第一次运用 于国产化大型合成氨装 置 四川美丰 2 0 0 k t a 合成氨装置上 试产 期基本达到了设计要求 但在随后的运行中逐步暴露出许多设计和制造方面的问题 无法维持生产运 行 通过从工艺 设备等多方面对其进行改进 达到了长周期 安全 稳定 满负荷运行的理想效 果 关键词 6 M 5 0空气 一 氢氮气联合压缩机 往复活塞式 改进 效果 中图分类号 T Q 1 1 6 4 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 4 9 9 3 2 2 0 0 8 0 1 0 0 3 8 0 4 M o d i fic a t i o n o f 6 M 5 0 Co mb i n a t i o n Co mp r e s s o r 0 f Ai r S y n g a s a n d I t s Ef f e c t H U A N G R u i y a n g Y A N G Q i n g s h a n Z H A N G Mi n g x i n g D e y a n g B r a n c h o fS h u a n Me if e n g C h e mi c a l I r t U C o L t d D e y a n g 6 1 8 0 0 0 C h i n a Abs t r ac t 6M5 0 c o mbi n a t i o n c o mp r e s s o r o f a i r a n d s y ng a s e mp l o y e d i n 20 0 k t a a mmo n i a p l a n t i n S i c hu a n Me i f e n g Ch e mi c a l I n d u s t ry Co Lt d i s c u e n fly t he v e r y fir s t l a r g e s t e l e c t ric mo t o r d riv e n pi s t o n c o mp r e s s o r i n Chi n a Th e d e s i g n r e q u i r e me n t s we r e a c hi e v e d d u ring t ria l o p e r at i o n Bu t the p r o b l e ms i n d e s i g n a n d ma n u f a c t u r e we r e g r a d u a l l y e x p o s e d a f t e r t h a t wh i c h ma d e i t i mp o s i b l e t o ke e p r u n n i n g Afte r r e v a mp i n g o n p r o c e s s a n d e qu i p me nt s n o w the p l a nt c a n s a f e l y k e e p r u n n i n g f o r l o n g l i f e s p a n i n f u l l l o a d The e f f e c t i s s a t i s fie d Ke y W o r d s 6 M5 0 c o mb i n a t i o n c o mp r e s s o r o f a i r a n d s y n g a s p i s t o n c o mp r e s sor r e v a mp i n g e ffe c t 1 概述 我公司在年产 2 0 0 k t a合成氨装置中成功改 进 运用了目前国内最大型的电动往复活塞式压 缩机 M5 0空气 一氢氮气联合压缩机 分析 论证 选型设计 安装试车 试运行和生产运行 的全过程就是对联合压缩机组逐步完善与改进的 过 程 该机组 的工艺设计 方案是 我公 司根 据 2 0 0 k t a 合成氨装置工艺条件确定的 机组设计 制 造为上海大隆机器厂 该种型号 规格的压缩机 收稿 日期 2 0 0 7 0 7 1 8 作者简 介 黄瑞 阳 1 9 4 3 一 男 四川射 洪人 高 级工程 师 现任 四川美丰化工股份有限公司顾 3 曾任 四川美丰副经理 德阳分公 司经理 在大型合成氨装置中的开发和使用 无论是上海 大隆机器厂还是化工行业 内都是第一次 第一次 设计 第一次制造 第一次运用于国产化的大型 合成氨装置上 该机型式为电动 六级 六列 双作用对称平衡往复活塞式压缩机 一至四段压 缩介质为空气 五至六段压缩介质为氮氢气 主 机运动机构采用稀油站集中供油润滑 气缸用高 压注油器单独注油润滑 压缩机的主要工艺参数 见表 1 机组设计能力 空气段吸入状态气量为 1 9 0 m mi n 氦氢气段吸入状态气 量为 1 6 m m i n 单机 13产合成氨 1 5 0 t 额定电流 2 3 4 1 A 电机 功率 3 5 0 0 k W 共设置 4台 配套 总能力 为 13 产合成氨 6 0 0 t 2 0 0 4年初我公司靠 自己的力量对机组 进行 安装施工 由于安装工期紧 安装施工完全遵循 维普资讯 第 1 期 黄瑞 阳等 6 M 5 0空气 一氢氮气联合压缩机的改进及效果 3 9 使用说明书要求进行 未对机组作任何改进和调 整 2 0 0 5年 4月底整个机组 安装完毕 7月 2 4 日合成氨装置一次点火开车成功 8月 7日利用 本系统的合格原料气成功产氨 实现了一次开车 成功的 目标 1 0月装置进人达标达产 内部考核 运行阶段 经过 1月运 行 整个装置达标达产 开创了国内同行运用 6 M5 0联合压缩机的先例 压缩机运行考核数据见表 2 表 1 6 M5 0空气 一氢氮气联合压缩机主要工艺参数 注 表 中吸入 排出压力 为绝压 从该机组的考核运行结果看 单机产氨量原 设计为 1 5 0 t d 实际达到 2 0 0 t d以上 设计的 电机额定电流为 2 3 4 1 A 功率为 3 5 0 0 k W 实 际电流 2 0 0 A 功耗 3 0 0 0 k W 因此 无论 是单机 日产合成氨量还是电力消耗等都较设计指 标优异 该装置于 2 0 0 6年 9月 5日顺利通过 四川省 经委组织的专家组的竣工验收 试生产期间 该型压缩机组开 3台就基本满 足装置总产能要求 遂 由设计的 4台全开改为 3 开 1 备 但在试车投料试产后 的运行 中 也逐步 暴露出设计 和制造存在 的必须改进 的不足 和问 题 2 0 0 6年4 5月 3 1 机已无法维持 生产 运行 被迫决定从问题最大 的 3 机开始进行改 进 修理 以保证装置长周期 安全 稳定 满 负荷经济运行 2 存在的问题 2 1 曲 轴 因设计选材 和加工制造工艺不合理 尺寸和 位置精度严重超标 曲柄销的圆度 圆柱度 同 轴度和曲柄销间的平行度等都超标 曲柄销还有 明显的锥度 曲轴为 4 5 钢 但未按大型往复式 压缩机技术规定 的有关要求进行调质处理和表面 处理 故表面硬度低 耐磨性极差 因没有经过 磨床加工 表面粗糙度超标 导致曲轴 自身表面 在很短的运行周期 内就被 拉毛 且磨损严重 进一步造成连杆大瓦和主轴瓦频繁损坏 如 3 和 1 机因曲轴 问题特别突 出 造成所有连杆大 瓦和主轴瓦在短时间内同时损坏 2 2 机身 机身6 道主轴瓦孔加工精度极差 同轴度 圆度和尺寸偏差等均超出标准要求 主轴瓦局部 承压过 大 造成 主轴 瓦损坏快 振 动超过规定 值 机身上设置的呼吸阀效果差 曲轴箱集油 流动不畅 各段 中体窗板振动大 机身 内因空气 流通不畅 导致热量不能有效散发 曲轴箱内温 度高 2 3连杆 连杆 大瓦和主轴瓦 因材料选择不当 加工制造存在缺陷 造成 连杆大头孔的剖分面在 自由状态下接触面积不到 1 3 且该孔严重失圆 连杆大瓦与连杆大头孔 连杆大瓦与 曲柄销 的接触 面积 均不足 5 0 使 连杆大瓦的局部载荷严重超过允许值 导致曲轴 箱出现撞击声 主轴瓦和连杆大瓦损坏严重 先 后多次 发生 巴氏合 金层大面积龟 甲形裂 纹 脱 落 到 2 0 0 6年 4 5月 几 乎每周 就要换 瓦一 次 并且因瓦损坏 瓦的装配间隙太大 最大 的达 0 6 0 7 m m 必然 造成拉坏曲柄销并引 起机组 的剧烈振动 严重影响装置的安全生产 2 4 气 阀 设计不合理 特别是升程 限制器 的高度不 维普资讯 4 0 中 氮 肥 第 1期 够 气体的流通面积偏小 材 料选择不 当 阀 片选用工程塑料 制造精度差等 导致阀片短 时间内软化 频繁发生 阀片断裂 气体阻力大 气缸超温 超压 连续运行时间短 2 5活塞杆和填料 因填料盒设计缺陷 冷却水道狭小 换热面 积不够 对填料 的冷却效果差 致使填料温度 高 变形并泄漏 频繁拉毛 拉裂活塞杆 2 6气缸 缸套 未能有效固定缸套 导致缸套在气缸 内有不 同程度的周向转动 曾发生过四段缸套在气阀孑 L 中心线位置处断裂等重大事故 2 7润滑油 系统 稀油站的润滑油泵设计选型不合理 供油总 管和各支管管径偏小 导致润滑油流量小 油压 低 油冷却器设计选型不合适 换热面积太小 使流经整个运动机构 的润滑油油温高 曲轴箱盖 上所设置的呼吸阀偏小 使曲轴箱 内热量富集 温度高 这些都导致了连杆大瓦和 主轴 瓦温度 高 不能形成有效的润滑油膜 使磨损加剧 使 用寿命缩短 最终导致瓦的频繁损坏 主电机轴 承箱润滑油系统设计不合理 致使电机轴瓦温度 高 磨损大 2 8活塞体和 一级 气缸 因一级气缸的缸径大 活塞体 的材料选择不 当 因此 活塞 自重大 加之支撑环设计 又不合 理 致使一段活塞体下沉 造成填料盒 填料和 活塞杆拉坏 活塞环 和支撑环因磨 损快而寿命 短 五段活塞环 和支撑环槽 被工 艺气 体严重冲 刷 致使活塞环和支撑环在环槽内的间隙严重超 标 表现为断裂频繁且气缸内响声大 2 9 其他 一 段空气进 口过滤器因设计不当 进气网通 气面积小 空气阻力大 支撑滤芯的支撑板和滤 芯频繁破裂 滤芯材料选择不当 使滤芯的丝网 腐蚀 粉化速度快 严重影响压缩机的打气量 3 改进措施 至 2 0 0 6年 7月 4台该型压缩机不 断出现 上述问题 故 障频繁 其 中 3 机 已完全 失去连 续运行的能力 特别是曲轴 连杆问题严重 在 联系上海大隆机器厂和外送四川华西压缩机厂等 均无法修复处理的情况下 公司决定成立技术攻 关组 制订 周密 严格 科 学 的改进 修复 方 案 依靠 自身技术力量对其进行彻底修复 3 1曲轴和 连杆 攻关组对曲轴和连杆等进行了仔细检测 包 括主轴颈和曲柄销的尺寸精度 以及它们之间的 同轴度 平行 度 垂直度 圆跳动和平面度等 结合有关标准规范 经分析论证 制定 了周密 严格 科学 可行的修复方案 采用外径千分尺 等精密仪器测量 根据测量偏差 利用锉 磨 抛光等方法反复多次进行边修边测量修复 对连 杆采用 以平板研磨找正 修刮大头剖分 面 即 大头盖与连杆体的结合面 重新精镗大头孑 L 等 方法修复 通过修复使其各部尺寸和位置精度等 都达到标准规范要求 根据修复后的曲轴颈和连 杆大头孑 L 尺寸等实际数据 按标准规范要求的瓦 与主轴颈和曲柄销的配合间隙 瓦背与主轴承孑 L 和连杆大头孑 L 的贴合面积等精细修刮 配制不同 公称内径公差值的主轴瓦和连杆大瓦 3 2一段 支撑 环 改进一段支撑环结构型式 将整个支撑环改 为分块 可拆式结构 用沉头螺钉紧固在活塞体 上 且加厚支撑环下半圆部分的径向厚度 最大 限度地消除因活塞体下沉而损坏填料 活塞杆等 问题 大大延长了活塞环 支撑环及填料的使用 寿命 3 3填料盒 加大填料盒冷却水道宽度 在各填料盒和相 应的隔板上增 加密封冷却水 0型圈 对填料盒 和相应 的隔板重 新进行磨削加工 提高 密封要 求 将填料盒内孔孑 L 径 由西1 3 1 mm车大至西1 3 6 m m 以适应西1 3 0 m m活塞杆在气缸内最大限度 下沉的间隙需要 同时把两段氮氢气填料 的冷却 介质由水冷改为冷却效果更好的氨冷 大大降低 了活塞杆摩擦部位的温度 彻底解决了因温度高 和间隙过小造成填料盒和活塞杆频繁磨损烧坏的 问题 3 4 气 阀 将原来的环状气阀改为更科学合理的网状气 阀 并增加升程限制器的高度和增大气体通道面 积 改进气阀材料和制造工艺等 解决 了气 阀寿 命短 气缸超温超压等重大安全隐患问题 并使 打气量大大增加 3 5润滑油系统 维普资讯 第 l 期 黄瑞阳等 6 M5 0空气 一氢氮气联合压缩机的改进及效果 4 l 1 将原来流量为 2 5 0 L mi n 出口压力为 0 6 MP a 且性能不稳定的行星轮油泵改为流量为 3 0 0 L mi n 出 口压力 为 1 0 MP a 性能更可靠 的圆柱齿轮油泵 以提高润滑油 的压力和流量 带走机器各轴承更多的摩擦热 保证 良好的润滑 效果 最终使连杆大瓦和主轴瓦的温度降低 磨 损减小 大大延长了使用寿命 2 将电机轴承润滑 由飞溅 式润滑改为利 用稀油站的经冷却后的循环润滑油强制润滑 有 效降低了电机轴瓦的温度 3 将原来换 热面积 小 换热效率低 的列 管式油冷却器改为板式换热器 并将换热面积 由 原来的 2 0 m 增加至 3 0 m 同时把机 内润滑油 总管至机器各 注油点 的支管 由 1 4 m m 2 mm 改为西1 8 mm 2 5 m m 降低 了阻力 保证了油 量 使润滑油温度 由原来 约 6 0 降低 至约 4 5 效果非常明显 4 将润滑油改为进 口的 1 5 0 无灰液压 油 其闪点 抗氧化性能 抗泡沫性能 抗磨损性 能和防腐蚀性 能等均优于原来使用 的 1 5 0 润滑 油 实现了良好的润滑效果 通过以上对润滑油系统 的改造后 提高了油 压 减少了油 的阻力 轴瓦温度下降明显 由原 来的最高 6 0 下降至4 0 左右 大大改善 了轴 承的润滑条件 减少 了磨损 提高了轴承等磨擦 副的使用寿命 3 6活塞体和 气缸缸 套 将五段活塞体的材料 由铝合金 改为钢结构 彻底消除了该段活塞环槽和支撑环环槽因工艺气 体冲刷磨损严重并导致气缸内响声大的问题 延 长了活塞环槽和支撑环使用寿命 在气缸 内表面 和缸套的结合部位用 防转销固定以防其转动 3 7 机身 通过调整主轴承瓦体厚度 配磨找正 修刮 等手段 最大限度调整 6道主轴瓦的同轴度 降 低 因主轴承孔偏而造成部分主轴瓦局部受过大冲 击力和间隙超差 超标而使轴瓦寿命缩短 主机 振动大的问题 同时改进机身呼吸阀的结构 加 大呼吸阀的横截面积 使机身内的空气流动更加 畅通 以利于机身 内的散热 3 8 其他 对一段空气进口过滤器采取增高进气罩高 度 加厚滤芯 的支 撑板 改变其支撑结构等方 法 将整个滤芯改成不锈钢滤芯 包括丝 网 彻底解决了因其堵塞 损坏而影响压缩机空气进 气量不足的问题 4 改进修复后的效果 4 1运 行效 果 3 机于 2 0 0 6年 l 0月 2 0日完成以上各个环 节的改进 修复 试车并投人运行 近 7个多月 的连续运 行情况表明 以上改进 修 复是正 确 的