摘要：催化重整装置再生气循环压缩机C301 A/B自2009年4月开工以后出现压缩机出口流量偏大、级间回流量大、造成用电浪费。通过对C301B压缩机进行改造，降低压缩机出口流量，能满足工艺生产要求，压缩机的功耗比改造前大幅降低，节能效果显著。
关键词：压缩机；流量；节能；改造
中国石油化工股份有限公司广州分公司1000kt/a催化重整联合装置由石脑油加氢、重整反应、芳烃分馏、氢提纯四部分组成，主要生产汽油、苯、混合二甲苯、氢气。其中重整催化剂再生系统的再生气循环压缩机C301A/B为往复机，型号2D45-188/3.2-7.2，沈阳远大压缩机股份有限公司生产，分0%、50%、90%、100%四档负荷调节，正常时一开一备，单机设计流量为39444 Nm3/h，配套的电机为增安型无刷励磁同步电机，规格型号：TAW1500-20WTH/2150，额定功率：1500kW，额定电压：6000V。
自2009年4月开工，压缩机的负荷一直在90%运行，出口流量为38300Nm3/h，工艺正常操作需要流量约为31500Nm3/h，该机原设计无旁路回流调节系统，为了满足工艺正常生产在压缩机进出口管道增加一条旁路管线来调节再生循环气流量，增大了压缩机的级间回流，造成大量的电能浪费。2013年6月对C301B压缩机进行改造，改造后调试试用成功，压缩机出口流量大幅降低能满足工艺生产需求，节能效果十分显著。
1 再生循环气压缩机组简介
再生气循环压缩机是重整催化剂再生系统中的心脏设备，主要作用是将催化剂再生后的烟气热量带走，防止烧焦温度过高而烧坏催化剂。再生循环气的流量受催化剂循环率、再生气氧含量、待生剂碳含量影响，一般情况下待生剂焦含量越高，催化剂循环率越大，所需的再生循环气流量越大，正常控制在28000Nm3/h-30000Nm3/h之间，再生循环气主要由氮气组成，其中包含少量氧气和一定量的二氧化碳。
表1再生循环气气体组成
气体名称 分子式 正常工况/%（体积含量） 最大工况/%（体积含量）% 氮气 N2 79 79 氧气 O2 0.6 0.8 二氧化碳 C O2 20.4 20.8 
图1催化剂再生循环气工艺流程图
表1为再生循环气组成，
图1为催化剂再生循环气工艺流程图。
2 改造原因
由于再生循环气压缩机C301A/B在50%负荷时流量不能满足工艺正常生产，所以一直在90%负荷运行，再生循环气流量为38300 Nm3/h，压缩机出口流量通过新增的旁路回流调节，增加了压缩机的级间回流，造成了能源的浪费。为了节约装置的能耗，合理的利用资源，决定对C301B进行改造，来降低再生循环气的流量满足工艺正常生产操作。
近年往复压缩机节能改造的一般思路是安装无级气量调节系统，用控制高压油顶开进气阀开关时间的方式，精确控制进入气缸的气量，达到节能的目的。但无级气量调节装置系统复杂，一次投资费用高（以本机12个进气阀计，约需300万左右），以后运行维护费用也高。
针对本机为重整再生气循环压缩机、气量变化小、工况稳定的特点，也可选择直接改造压缩机气缸、减小压缩机械力的方式。
经过分析比较，最后选择了直接气缸改造的方式。
3 改造内容
此次改造要求在介质、进出口温度不变的情况下，将压缩机的出口流量降低到31000 Nm3/h，入口压力为0.3MPa，出口压力为0.62 MPa，气缸、活塞设计压力按0.72 MPa设计及压力试验。当压缩比较高而采用单级压缩时，气缸直径较大，就有较高的气体终压作用于活塞上的活塞面积，活塞上的气体力就较大【1】，此次改造通过降低气缸直径来减少活塞气体力，可以减小压缩机曲轴的有效载荷。表2为改造方案
（1）原两列气缸部件、气阀部件和活塞部件更换，气缸直径由原来的Φ840mm缩小为Φ760mm，缸径缩小后压缩机重新设置活塞杆下沉报警值。
（2）活塞杆与活塞连接改为超级螺母连接，超级螺母部件中每个螺钉的紧固力矩为119.7Nm，使螺母受到弹性变形后产生一个稳定的预紧力。由于改造前的活塞与活塞杆采用螺纹连接，紧固方式为加热活塞杆尾部，使其产生弹性伸长变形，将紧固螺母旋转一定角度后停止加热，待活塞杆冷却后恢复变形，这种连接方式拆检困难，加热孔的不连续间断处存在应力集中，活塞杆在使用的过程中存在断裂风险，故此次对活塞杆与活塞连接形式进行改型。
（3）气缸外径尺寸按原机组设计，进排气口、支撑尺寸不变，气缸均为一级双作用JT25-47C合金铸铁缸，采用无油润滑。气缸应用干式活缸套，气缸及气缸盖设独立的无相互联系的水夹套，冷却水进出口位置保持原有位置不变，气阀布置混合布置减少余隙容积和气缸长度。
（4）气量调节负荷为0、50%、100%三档，气缸无余隙调节。
（5）活塞环、支撑环采用填充聚四氟乙烯材料，活塞环带膨胀圈。
（6）活塞杆直径为Φ110mm，表面不采用陶瓷处理，而采用碳化钨硬化处理。
（7）级的进气量，在理论循环中，级在每转的理论吸气量就是在内止点与外止点位置间的气缸工作容积，称为气缸的工作容积，又称为每一转的气缸行程容积Vh【2】
Vh=iApS
Ap－活塞工作面积，㎡
i－同级的气缸数
S－活塞行程，m
Vh－每转的理论吸气量，m3
降低压缩机的进气量，通过上述公式可以看出，降低进气量的途径主要为两种：一是降低活塞的工作面积也就是相应的减小活塞的直径，二是减少活塞的行程。气缸结构缸径和行程要保持一定的比例，若行程太小，则吸气和排气接管在气缸上的布置将发生困难（特别是径向布置气阀的情况）【3】，综合分析后保持C301B压缩机活塞行程不变减小压缩机的气缸直径和活塞来降低压缩机的进气量，改造后的压缩机的平均容积效率为85%。
表2 改造方案
参数 单位 改造前 改造后 说明 级数 1 1 缸径 mm Φ840 Φ760 标态气量 Nm3/h 39444 31000 入口气量 m3/min 188 155.5 吸气压力 MPa（A） 0.42 0.4 绝对压力 排气压力 MPa（A） 0.82 0.72 绝对压力 入口温度 ℃ 40 40 与原机组相同 排气温度 ℃ 110 103 活塞行程 mm 350 350 与原机组相同 转数 r/min 300 300 与原机组相同 最大气体力 kN 279 196 最大活塞力 kN 289 210 轴功率 kW 1312 911 电机功率1500
（8）气阀为网状阀，具有启闭一致、流通面积大、使用寿命长、阀片不易断裂等特点，气阀阀座及气阀限制器都是使用2Cr13不锈钢，阀片使用PEEK材料制成，阀弹簧使用沉淀硬化不锈钢的17-7PH材料，可以使用8000小时以上。气阀卸荷器为指式气动卸荷，气阀组装完成后使用煤油进行试漏。
图2 加固管线支撑
4改造后节能效果
4.1改造后试运中的问题
（1）在试车调试的过程中，电机超载联锁停机，停机后进行原因分析因为活塞环内的膨胀圈弹簧弹力过大导致活塞环与缸体摩擦增大电机超负荷停机。后经过与厂家技术交流后，决定去掉活塞环内膨胀弹簧，重新安装测量东边气缸活塞环与缸壁的径向间隙为3.4mm，西边气缸活塞环与缸壁的径向间隙为3.5mm，开机后运行正常，压缩机排气压力为0.62MPa，排气温度90℃，再生循环气流量满足工艺使用要求。
（2）在调试的过程中，压缩机的进出口管线振动大已经超过标准值，经过对进出口管线固定支撑用橡胶减振垫圈，加固后振动减小，振幅大幅降低。图2为加固管线支撑
4.2节能效果分析
通过对C301B气缸及进气阀的改造，改造后节能效果非常显著，电机的电流由原来的120A降低到75A，压缩机功率由720kW下降至450kW，按照工业用电0.7元/（kW.h）、平均功耗下降270kW、压缩机每年运行8000h计算，节约费用约为270×8000×0.7＝151200元，经济效益非常显著。
5总结
C301B压缩机气缸改造是成功的，节能效果十分显著，平均功耗下降270kW，经济效益也非常可观。
往复压缩机节能改造不一定都采用无级气量调节的方式，对负荷变化小、工况稳定的循环压缩机，可以采用直接改造气缸的方式，既减少了一次投资、安装施工的工作量，也减少以后运行维护的费用，给同类装置的压缩机节能改造提供经验借鉴。
参考文献：
[1]李多民.化工过程机器〔M〕.北京：中国石化出版社，2010：75.
[2]姬忠礼.泵和压缩机〔M〕.石油工业出版社，2008：199.
[2]姬忠礼.泵和压缩机〔M〕.石油工业出版社，2008：226.
作者简介：
梁磊 男，2007年毕业于西安石油大学过程装备与控制工程，学士，
论文作者:梁磊
论文发表刊物:《基层建设》2015年29期
论文发表时间:2016/9/18
标签：压缩机论文; 气缸论文; 活塞论文; 气量论文; 气阀论文; 活塞杆论文; 流量论文; 《基层建设》2015年29期论文;