往复式缩机选用

关于活塞式压缩机选用的几点提示本讲座不涉及活塞式压缩机的结构、原理以及热力设计和机械设计，仅就其选用时的技术要点进行探讨。一、活塞压缩机的选用1活塞式压缩机的特点和使用范围活塞式压缩机的主要优点：（1）无论流量大小，都能达到所需的压力。并且在强度允许的条件下，排气压力取决于管网压力。目前工艺上应用的最高压力为360Mpa，实验室则达到1000Mpa；（2）热效率比较高；（3）气量调节时排气压力几乎恒定；活塞式压缩机的主要缺点：（1）机器体积大而且笨重，单机排气量一般小于500m3/min；（2）结构复杂，维修量大，连续运行周期短（相对于透平式压缩机）；2活塞式压缩机的应用范围和与其他类型压缩机的比较如图1-1所示：图1-1目前各类压缩机的应用范围3活塞式压缩机的主要参数及其性能指标图1-2容积效率V图1-2中的常用压缩机相对余隙容积值可由表1-1估定。表1-1压缩机相对余隙容积值气体多变膨胀过程指数可查表1-2.表1-2多变指数m常用压缩机排气系数见表1-3.表1-3常用压缩机排气系数表1-4气体压缩机对排气温度的限制4活塞式压缩机在石油化工生产中的应用，见表1-6.表1-6活塞式压缩机在石油化工生产中的应用5石油化工中常见活塞式压缩机的特点二、活塞式压缩机（选用时）的技术要点1采购方需核实的主要数据API618给出了采购方的核对清单有百余项，下面仅取其要点。（1）核对设备的正常运行点，包括进气压力、进气温度、排气压力、排气温度、排气量等。制造厂正是依据上述参数来设计压缩机的活塞力、活塞的平均速度、惯性力的平衡、压缩机的总压比与各级的压力比分配，以及冷却和重阀材料等。（2）核对气体的组分、平均分子量和各组分的临界状态，尤其各组分的凝结温度，将决定气缸冷却温度，以免过多的凝液影响压缩机的安全运行。（3）核对气体的腐蚀性、反应性，或有害作用剂或组分的存在以及最大量，比如硫化氢的含量等。制造厂要根据介质的性质造配适应的材料。（4）核对公用工程条件，例如电源、电压、冷却剂及隔离气体的条件等。（5）核对环境条件，包括环境代号、环境分区，及相应的电仪的防护等级、防爆要求等。2卖方（压缩机制造厂）至少应当向用户提供以下的技术分析报告。（1）API618规定，除了皮带传动的机组，卖方应提供所有供给的机器的扭转振动分析。整个压缩机系统（包括联轴器和传动机构）的扭转固有频率不应在运行轴转速的5%之内。对于电机驱动的压缩机，扭转固有频率应避开电源频率的第一和第二倍数相应的10%和5%。对于同步电动机驱动的压缩机，所有旋转零件的扭转刚度和惯量应使压缩机的任何固有激振频率和电机转子相对于旋转磁场振荡的扭转频率之间至少有20%的差值。据我所知，远大公司有此项研究分析的软件，可以提供该项分析报。（2）气流脉动分析及抑制报告。远大公司亦有自己的分析计算报告。（3）如果供应气阀，卖方亦应提供气阀的气体动力学报告。（4）活塞杆、联杆的负荷和强度的分析计算报告。远大公司也早已具有此项分析计算能力。3主要技术要求（1）活塞平均速度前已讲到，活塞平均速度影响压缩机的耐久性和经济性，故活塞平均速度一般控制在3~5m/s之间。若要提高转速，则要缩短行程，则压缩机的行程与缸径比便不得不缩小。一般，采用环状阀及网状阀的中大型压缩机，取Cm=3.5~4.5m/s；大型压缩机可取上限值。但是建议，Cm不要超过3.5m/s；采用直流阀的压缩机，可取Cm=5~6m/s；微型压缩机由于行程绝对值小，故转速虽高也仅取Cm=1.0~2.5m/s；通常，迷宫式压缩机Cm≥4m/s；以减少泄露量；聚四氟乙烯密封环压缩机Cm≤3.5m/s，大型时也容许Cm=4m/s；超高压压缩机Cm≤2.5m/s，以保证摩擦件的耐久性；乙炔气体压缩机，考虑到乙炔的易爆性，为安全计Cm≈1m/s。（2）转速当Cm维持定值而转速提高一倍，则压缩机重量可以减轻30%以上。其所以减轻是由于活塞行程缩短而使气缸轴向方向缩短所致；若改进摩擦件的耐磨性，使Cm增加，则重量可进一步减轻。对于中小型压缩机，远大压缩机制造公司已批量生产转速为1500r/min~1800r/min的机型。应当指出，在结构相似的条件下，不同的排气量时对应不同的高转速。比如Q=10m3/min时，900r/min为高转速，则Q=40m3/min的压缩机500r/min已属于高转速。在保证安全和效率的前提下，尽可能提高转速，以节约投资当然是用户所追求的目的。（3）余隙容积与压力比a：余隙容积活塞压缩机的余隙容积包括活塞在止点位置的余隙、气缸至气阀的通道、气缸与活塞之间的间隙在第一道活塞环前的部分、活塞杆与气缸座孔的间隙在填料之前的部分等。这些空间在排气终了均残留有高压气体，当活塞进入下一个进气行程前，气缸中残留的高压气体先要膨胀，从而占据了部分行程容积，进而影响压缩机的容积效率。通常，用容积系数v表示余隙容积对气缸有效行程的影响。对于理想气体)1(11mv（1-1）式中：气缸工作容积气缸余隙容积；称为容积系数或相对余隙容积。绝对进气压力绝对排气压力；即公称压力比。m—膨胀过程指数，绝热指数（或多变指数）。如果在式（1-1）中令v为零，即0)1(11mv（1-2）则111m假定2.1,3m，则667.0，即相对余隙667.0时，气缸吸气为零。因此，在保证安全的前提下，减少余隙容积，以提高容积效率，是活塞式压缩机进行设计优化的主要课题。目前，国内活塞式压缩机的容积效率一般为80%稍高，显然太低。b：级的压力比和级数的选择如果在式（1-1）中仍令v为零，则有m)11(若设10.0，2.1m，则可求得8.17，这时0v，机器停止进气。所以，在一次投资允许的情况下，优选低压比，是提高压缩机效率的主要手段之一。我们将单级等温指标效率最高的压力比称为最佳压力比，并用0表示。通常是用图解法求出不同相对压力损失和过程指数时的最佳压力比0值，如图2-1所示，然后按照压缩机的总压比按下式求得压缩机的级数z。图2-1级的最佳压力比与相对压力损失及过程指数的关系0lnlnzz不是整数时应圆整为就近的整数。对于固定式压缩机，特别是中、大型压缩机级数的选择，一般多以最省功为原则，但是亦应考虑到单级压比对压缩效率的影响。（4）冷却系统API618给出了推荐的冷却系统条件，所指系统包括润滑油冷却系统和压缩机的中间冷却系统。冷却条件要求，经交流表面的冷却剂流速为1.5~2.5m/s、最大压降为1bar，最小温升为10K等。其中最小温升的限制是为了使冷却水量减到最小。但是由于水质的不同，不同污垢系数的影响，建议冷却水的温升不大于8K，以保证足够的冷却效果。对于气缸冷却系统，则要求冷却剂进口温度至少比气体温度高5K。这是因为较低的进口冷却温度可能引起气体组分的冷凝，气体组分冷凝不但对气阀、活塞环、填料寿命有所影响，凝液过多还可能影响压缩机的运行安全。（5）润滑系统对于150Kw以及以上的压缩机，机身润滑应采取压力循环系统，推荐采用API614专门设计的专用润滑系统，即具有独立的润滑油站。主油泵可以是主轴驱动，辅助油泵为电机驱动；建议主辅油泵均采用电机驱动，如果需要亦可增设高位邮箱。油站冷却器的设计必须是油侧压力大于水侧压力，冷却剂温升最好不大于8K。油站过滤器必须是可以无扰动切换的双联过滤器，过滤精度根据API618（或API614）最新版的要求，应对10m的颗粒提供90%的最小粒子去除率（EPR）、（过滤比10），对于15m颗粒提供99.5%的最小粒子去除率（EPR）、（过滤比200），应当由过滤芯供应商提供试验报告。（6）气流脉动和振动的控制API618对控制有害的脉动和振动的基本技术规定如下：a、基于对脉动和衰减要求交互影响分析的系统设计，以获得满意的管路振动值、压缩机性能、阀门寿命以及对流量脉动敏感的设备的运行；b、利用脉动抑制装置，例如脉动过滤器和消声器、有或没有内件的缓冲罐、阻气管、节流系统和选用的管路配置；实践证明：容积足够大的缓冲罐，尽可能短的距离连接在压缩机气缸的进出口上是抑制气流脉动的最佳方法；c、机械抑制设计：具体包括管路和设备的管夹和支撑型式、位置及数目。API618对于气流脉动抑制给出了三种设计方法。一般单缸功率大于220Kw，绝对排出压力大于35bar的压缩机，应要求制造厂或委托第三方使用第三种方法进行计算设计。对于缓冲罐的容积，是用户必须关注的问题。API618给出了最小缓冲容积的计算公式：4/1)(1.8MKTsPDVs)(6.14/1KTsVd式中：Vs——最小吸气缓冲容积Vd——最小排气缓冲容积K——气体平均绝热指数（或称等熵压缩指数）——气缸压力比Ts——绝对吸气温度，KM——摩尔质量PD——为集气管连接到缓冲容积的所有气缸每转总的净排出容积，单位rm/3而且，缓冲罐的内径应基于与压缩机用集气管连接的最小缓冲容积的全长。对于单缸缓冲容积，缓冲容积长度与内径之比不应超过4.0.气流脉动和振动控制的验收标准，详见API618标准第五版7.9.4.2.5章节，在此不多讨论。（7）、关于气密试验API618规定，承压零件，如压缩机气缸和余隙腔，压送摩尔质量等于或小于12的气体（例如氢气）或含有等于或大于0.1%摩尔百分数的硫化氢气体，除了按规定做水压试验外，应用氦气在最高许用压力下进行试验。泄露检测应使用氦气探头或被浸没水中。水温应高于试验零件的无塑性转变温度。浸没时内压应维持在最高工作压力，要求零泄露。泄露试验应在部件彻底清除干净和未涂漆前进行。远大压缩机公司久已具备浸没试验条件。（8）铸件和锻件的修复API618规定，制造厂对于重要修复，要通知采购方，并必须有采购方书面授权。重要修复是指等于或超过以下准则的任何缺陷：a、承压件准备焊补的开挖深度超过部件壁厚的50%，或在任何方向上超过150mm的任何修复；b、零件修复的总面积超过零件表面的10%；c、水压试验后对承压件的任何修复。修复时应遵守下述原则：1）承压件不应用敲击、烧熔或浇注来修复。通常，承压铸件和锻件不应用焊接、电镀或堵塞来修复。2）允许焊接的钢铸件和锻件可以用已证实的焊接程序以焊接修复，主要焊接修复后但水压试验前，整个部件应进行焊后热处理，以确保应力消除及焊缝和母体材料机械性能的连续性。3）除非购买双方同意，气缸承压壁面不应使用螺塞，特别是与缸套配合的内腔，允许使用螺塞时，螺塞钻孔应用液体渗透检测，确保所有缺陷材料已被去除。4）灰铸铁或球墨铸铁可以在适用的标准内，用堵塞修复，但不允许用焊接修复。（9）关于活塞杆冷态径向跳动API618对活塞杆冷态径向跳动值规定了明确的标准：车间试车台上测量的水平和垂直径向跳动应等于预测的冷态垂直径向跳动，偏差范围在行程的0.015%之内。水平径向跳动不应超过0.064mm，不考虑行程长度。并将测量结果在台架盘车试验前提交给采购方。其测量和计算方法与程序，API618附录C有非常详尽的说明。而这项要求，国内所有压缩机厂都未能做到。当然，一台压缩机的重要技术要求绝不限于上述范围。本人只是根据实践经验，对有关压缩机安全运行和经济运行的几项要求有所认知，所以仅供参考。谢谢大家！