离心压缩机技术的最新进展-2012化工设备与管道增刊二

2012年全国石油化工机泵年会会刊目　录全国化工设备设计技术中心站简介……………………………………………………………………（1）“全国石油和化工工程建设机泵联络网”章程…………………………………………………………（2）全国化工设备设计技术中心站第五届机泵技术委员会组成名单……………………………………（6）中国石化集团公司机械技术中心站第二届技术委员会名单…………………………………………（8）技术交流离心压缩机技术的最新进展……………………………………………………………………魏宗胜（9）液力机械调速装置介绍以及在离心压缩机上应用的最新进展…………………………………………………………………………………………………王芝荃（22）石油化工机械设备标准制修订工作的探索与实践…………………………………………曹永军（28）危险介质的泵型及其密封方案等的选择……………………………………………………漆明贵（31）几种轴封形式在液下泵中的应用………………………………………………………………孙旻（34）浅谈磁力密封的应用…………………………………………………………………王慧，高景聪（38）基于labview的机械密封辅助系统冲洗流量计算平台设计…………………陈侃，黄泽沛，姚进（41）螺杆压缩机组在焦炉煤气综合利用项目中的应用…………………………………刘建卫，陆征（46）己二酸装置关键机泵的选用……………………………………………………………………王亮（52）600…kW级高速离心泵的水力设计及能量特性分析………………………杨敏，马光辉，魏大勇（54）磁力泵轴向力的平衡孔计算与调整…………………………………………………………张立春（59）立式屏蔽管道泵轴推力的分析与测定…………………………………崔节国，张庄生，王国华（61）合成气压缩机盘车器的损坏及对策……………………………张锡德，李斌，郑晓军，苏海龙（64）空气压缩机异常振动原因分析及预防措施…………………张锡德，王西林，邵士铭，李光照（67）加氢装置热油泵攻关改造简介………………………………………………………………陈章华（72）高速泵变速箱载荷分析与滚动轴承改型……………………………………………………张洲波（77）广　告　索　引封面：2012年全国石油化工设备年会封底：中国石化集团南京化学工业有限公司化工机械厂封二：南京宝泰特种材料股份有限公司封三：上海森松化工成套装备有限公司前插1：2012年全国石油化工搅拌年会前插2：上海亚达发搅拌设备有限公司前插3：中航黎明锦西化工机械（集团）有限责任公司前插4：广东中泽重工有限公司前插5：西安航天动力机械厂前插6：无锡化工装备有限公司前插7：浙江久立特材科技股份有限公司前插8：山东恒通膨胀节制造有限公司前插9：江苏武进不锈钢管厂集团有限公司前插10：西安华新金属制品有限公司前插11：2013第13届中国国际石油石化技术装备展览会前插12：戈尔工业品贸易（上海）有限公司后插1：伊格尔•博格曼中国后插2：福斯（上海）流体设备有限公司M-302干燥机轴承失效分析及改进措施……………………………………………………陈孝辉（83）试验条件对阀门产品技术水平的影响………………………………………吴玉珍，张楠，黄好（88）热喷涂Al涂层对AZ31镁合金耐腐蚀性能的影响…………………………………………卫中山（93）贫胺液升压泵电机振动原因分析及故障排除………………………………………………王家祥（97）半螺旋形吸入室的水力设计和CFD优化……………………………………………………蒙盛吉（101）速关阀控制暖机转速技术在汽轮机上的运用………………………………………………………张锡德，阿不都热合木•托乎提，肖华，李莉（105）功率流量曲线对零抽汽调节控制的影响……………………………………………………来敏华（110）机泵网成员单位名录常务理事单位和年会协办单位介绍…………………………………………………………………（113）全国石油和化工工程建设机泵联络网………………………………………………………………（121）2012《化工设备与管道》增刊二·技术交流·离心压缩机技术的最新进展魏宗胜（中国成达工程有限公司，成都　610041）摘　要：工程实例表明，多轴式压缩机具有效率高、价格低、占地小的优势，在非危险性气体压缩中的应用己非常广泛、成熟。对压比不很高的化工气体的压缩，应用范围正逐步扩大。根据报价技术评比文件、厂商图纸资料和工程总结，分析了多轴式压缩机设计、制造的若干关键技术。工程实例说明，如果压比非常高，采用单轴式与多轴式的联合模式取代常规的单轴式，整机性能明显提高；联合模式的可靠性高于多轴式压缩机。国内外制造厂的实例说明，将多轴式压缩机技术移植到单轴式压缩机上，已取得显著的经济效益和社会效益。国外几家制造厂的报价技术数据表明，通过压缩机叶轮和汽轮机末级叶片的材料升级，提速、减级数、降成本是当前离心压缩机技术的发展趋势。关键词：多轴式压缩机；单轴式压缩机；最新进展；关键技术；联合模式；高压比；钛合金叶片1　多轴式离心压缩机技术的进展及经验从1947年德国Demag公司研制成功世界第一台多轴式四级离心压缩机以来，多轴式压缩机己经历了长达65年的工业运行考验，积累了丰富的设计、制造和使用经验，早已成为国外空分行业压缩机的主力机型，并有了针对空气介质的多轴式压缩机API672标准。但直到2002年，才专门针对化工、石化的介质，在API617—2002标准中新增了第3篇IntegrallyGearedCompressors（组装齿式压缩机）[1]。为了与单轴式压缩机对应，国外有些论文中称Multi-ShaftCentrifugalCompressor（多轴式离心压缩机），用此名称比较合适。1.1　多轴式离心压缩机的优势如图1所示，驱动机与齿轮箱中部的大齿轮轴相联，大齿轮驱动三个小齿轮，小齿轮轴的两端悬臂安装离心式叶轮，六个蜗壳形机壳用螺栓固定在齿轮箱的两侧。小齿轮轴穿过蜗形壳体处装有轴封，小齿轮轴穿过齿轮箱处装有油封。多轴式压缩机有如下优势：（1）各级叶轮可在最佳转速下运转，叶轮直径和转速都能最佳匹配，各级叶轮的效率高。（2）每级叶轮为轴向进气，流动状态比径向进气的单轴式压缩机均匀，提高了级效率。（3）由于高速化，每级叶轮压比高，为单轴式的2倍左右。如压缩空气要获得50的总压比，多轴式压缩机仅用6个叶轮；而单轴式要用双缸，12~13个叶轮。因此，造价低，体积小。（4）由于叶轮悬臂安装，叶轮的轮毂比小，各级叶轮进口段的马赫数减小，从而降低流动损失，提高了级效率[2]。（5）容易装设进口导叶，可扩大稳定工作范围，并提高部分负荷时的效率。（6）压缩机、电动机、油站、冷却分离器、级图1　六级多轴式压缩机的结构示意（神户制钢公司）02012年全国石油化工机泵年会会刊·技术交流·间气体管道等可集装在同一钢架上，单层布置，占地面积比双层分散布置的单轴式压缩机组小得多，土建基础费用低，安装便捷。因此，多轴式压缩机很适合老装置扩产技改项目新增小流量高压比压缩机之用。图2　多轴式压缩机机组布置(API617Figure3.C-2)（7）由于各个机壳是独立的，一台机组上可实现多种气体的压缩，或装膨胀机，实现双驱动。多轴式压缩机机组布置图见图2。实例1，Demag公司为海南日产千吨合成氨装置工艺空压机报价资料摘录。为判断工艺空气压缩机选用单轴式或多轴式的经济性，我们按布朗工艺流程条件向Demag公司初步询价。该公司1992年8月14日的报价资料摘录如下。（1）工艺条件空气进口流量：58967Nm3/h，中间抽气2600Nm3/h（10bar（A））温度：32℃相对湿度：80%压力（A）：进口1.01bar，出口33.22bar（1bar=0.1MPa）六级多轴式工艺空压机两种机型方案见图3。（2）供货范围压缩机、齿轮箱、联轴器、油系统、中间冷却分离器、仪表及控制系统、进口空气过滤器、中间管路、进出口消声器和公用钢架等，集装供货。（3）压缩机性能图3　六级多轴式工艺空压机两种机型方案的示意从表1可见，采用两个中冷器的多轴式压缩机与单轴式压缩机相比，可省投资160万西德马克，并减少能耗700kW，具有既经济又节能的双重效果。实例2，云天化合成氨装置由日产1.15kt扩产至1.5kt项目并联电动六级多轴式工艺空压机。1973年引进的该压缩机为两缸四段压缩，型号5CK57+7CK31，用汽轮机驱动。1995年由国内制造厂对压缩机的高、低压缸的内件进行了更新，氨产量达到日产1150t。1999年云天化氨产量扩至1.5kt的可研项目中，对本机组的改造有两个方案。一是改造现有机组，二是并联一台电动离心压缩机。表2从一次投资、运行费、改造工作量和风险性四个方面对两个方案进行了对比。从表2可见，选用多轴式离心压缩机更经济合理，被用户采用。实例3，双加压法稀硝酸装置四合一机组用一台多轴式取代四缸单轴式，制造成本与占地面积大降。双加压法稀硝酸装置的四合一机组由两台压缩表1　日产千吨合成氨装置工艺空压机的性能对比工艺空压机的形式单轴式+增速箱+单轴式多轴式工艺空压机的型号14MH4B+10MH4BVK50-6叶轮级数126联轴器处轴功率/kW10800（3个中冷器）10100（2个中冷器）9500（5个中冷器）FOB报价，万西德马克680520（2个中冷器）580（5个中冷器）2012《化工设备与管道》增刊二·技术交流·机（空气压缩机、氧化氮压缩机）和两台驱动机（汽轮机、尾气膨胀机）组成，见图4。GHH早期的四合一机组为单轴单速式，四机串联仅一种速度，性能不易优化。GHH公司2001年被曼透平公司收购后，增加了一台齿轮箱，成为双速式，但机组更长。图4　双加压法稀硝酸装置单轴式四合一机组的示意（曼透平公司）曼透平公司还与伍德公司合作，为日产≤900t稀硝酸装置开发了多轴式四合一机组。曼透平公司公开资料上介绍的多轴式四合一机组，如图5所示。尾气膨胀机采用两级向心膨胀机，膨胀机的两个叶轮悬臂安装在小齿轮轴的两端；氧化氮压缩机和空气压缩机均采用两级叶轮悬臂安装在小齿轮轴的两端；汽轮机通过第四根小齿轮轴输入动力驱动大齿轮，其输入功率等于两台压缩机所需功率减去尾气膨胀机回收功率之差。图5　双加压法稀硝酸装置多轴式四合一机组的示意（曼透平公司）双加压法稀硝酸装置空气压缩机的出口压力（A）为4.6bar，进口压力（A）按0.98bar，总压比=4.69，单级压比达到2.17，采用高强度材料制造的两个半开式离心叶轮。氧化氮压缩机的进口压力（A）为4.2bar，出口压力（A）为11.6bar，总压比=2.76，单级压比为1.66，采用两个闭式离心叶轮。尾气膨胀机的进口压力（A）为10.9bar，进口温度400℃,出口压力（A）为1.09bar，总膨胀比10，采用两个向心式叶轮。按曼透平公司实际运行的多轴式四合一机组，表2多轴式与单轴式工艺空气压缩机对比（2000年云天化氨改项目）基准1.进气条件：Ps=0.9724bar（A），ts=35℃，R.H.=0.75。2.排气条件：Pd=36.72bar（A）。3.进气质量流量：20832kg/h（湿基）。4.驱动机：电动机6kV。项目多轴式压缩机单轴式压缩机对比说明结构级数612单轴式压缩机，备件数量多，备件费用高。齿轮箱数量12联轴器数量14径向轴承数量812推力轴承数量14一次投资机组总价$146万(FOB)(1323万RMB)进口：$189万(1712万RMB)沈鼓：1200万RMB进口多轴式比进口单轴式省389万元，进口多轴式比国产单轴式仅贵123万元。土建费用单层布置双层布置，高土建和安装费，多轴式低。安装费快装式，低分层布置，高运行费用轴功率电费2806kW651万元/a3246kW753万元/a多轴式效率高，功耗少，冷却水用量少，运行费用少104万元。冷却水水费200m3/h12.2万元/a240m3/h14.6万元/a占地面积，长×宽/m7.62×4.06主机：8.7×2.9