提高CO2压缩机排气量

, ,,

(河南心连心化肥有限公司,河南 新乡 453731)

提高CO2压缩机排气量

位朋,梁斐,付祥喜,顾朝晖

(河南心连心化肥有限公司,河南 新乡 453731)

在二段入口缓冲器前添加小型水冷器，进一步降低压缩机二段入口温度是提高压缩机排气量行之有效的方法之一。通过理论分析与计算，得到降低二段入口温度后排气量的理论增加值，并进行现场改造，验证了此效果。结果表明：温度由34 ℃降至24 ℃，排气量提升3%左右。此方法设备投入费用低，安装简便，经济效益可观。

压缩机;排气量;提高方法;二段入口温度

0 前言

CO2压缩机是尿素生产中的关键设备之一。随着河南心连心化肥有限公司(以下简称心连心公司)尿素产量的逐年增加，压缩机现有排气量已经不能满足高负荷生产的需求，尤其在夏季高温时段，这种矛盾更为突出。因此，如何提高压缩机排气量成为提高尿素产量的关键因素。

提高压缩机排气量的常见途径有两种：①减少压缩机的间隙(包括活塞与气缸盖之间的空隙、活塞环与气缸之间的空隙)，可以使压缩的气体泄漏减少(但对于固有的压缩机来说，改变间隙大小显然不易实现)；②提高压缩机的进口压力、降低进口温度，按伯努利方程，单位时间内压缩机可以容纳的气体与压缩机排气量成正比。考虑到公司生产实际，增加一段入口压力，涉及变脱等其他工段，难度较大；降低一段入口温度，需要变脱工段在CO2气总管外添加大型水冷器，设备投入较大，安装不便。

为此我们做了新的尝试：在二段入口缓冲器前再添加小型水冷器，通过进一步降低二段入口温度来提高排气量。此方法为提高压缩机排气量提供了一种新途径。

1 理论分析与计算

心连心公司M85/206C型CO2压缩机的设备技术参数如下：排气量，5 100 m3/h；一段入口压力，≤35 kPa；一段入口温度，≤40 ℃；压缩级数，5；行程，320 mm；转速，330 r/min；轴功率，1 100 kW；电压，10 000 V；一至五段缸径，850、450、250、155、155 mm。

在二段入口缓冲器前再添加小型水冷器，二段入口CO2气温度的降低必然伴随着一段出口压力的降低，即一段压缩比的降低，对提高排气量是有利的。我们可以通过调节1回1(一段出口部分气体返回一段入口，对于这部分气体，压缩机做了无用功)阀门开度，保持一段出口压力不变，即维持现阶段一段压缩比不变。我们可以通过压缩比的降低来计算排气量的增加值。

由于压缩机余隙的存在，使压缩机的生产能力比理论值偏低。实际的排气量为：

Vmin=λd·Vmin

式中：Vmin——理论排气量，m3/min；

Vmin——实际排气量，m3/min；

λd——排气系数，其值为(0.8～0.95)λ0；λ0为容积系数。

1.1 余隙系数ε

有余隙存在的实际压缩循环p-V关系如图1所示。图中1-2-3-4-1代表一个压缩循环过程。

图1 实际压缩循环的p-V

余隙体积V3与活塞一次扫过的体积(V1-V3)之比称为余隙系数，我们用ε表示。公司压缩机的余隙长度按11 mm计，冲程为320 mm，且气缸直径处处相等，我们得到：

ε=V3/(V1-V3)×100%

= 余隙长度/冲程×100%

=11/320×100%

=3.44%

1.2 原工况容积系数λ0

压缩机一个循环吸入气体的体积(V1-V4)与活塞一次扫过的体积(V1-V3)之比称为容积系数，用λ0表示，再将V4=V3·(p2/p1)1/m代入容积系数式，整理即可得到容积系数与余隙系数之间的关系为

λ0= 1-ε[(p2/p1)1/m-1]

式中：m——多变压缩指数。

那么我们将现场生产工艺参数代入上式，即可得到原工况下容积系数λ0

λ0=1-ε[(p2/p1)1/m-1]= 0.910

1.4 排气量增加值ΔVh

根据以上计算，我们得到排气量影响大小：

那么：ΔVh= 1.03×5 100 -5 100=153 m3/h

即单台机排气量增加值约为153 m3/h，增量为3%。

2 实施方案

在二段入口缓冲器前添加一个小型水冷器，设备安装位置示意图如2所示，图中新水冷器为添加新设备。冷却介质采用公司一次水(温度约19 ℃，压力为0.08 MPa)，经冷却器后直接给尿素循环水岗位补水。

图2 新水冷器添加示意图

利用4#压缩机单体大修时机，在压缩机二段入口缓冲器前、中间水冷器后区域增加一台直管式水冷器，换热面积为45 m2，换热方式采用间壁式逆流换热。项目实施后，二段入口温度由原来的34 ℃降至24 ℃。数据显示，单台机每小时增加了151 m3的排气量，提高近3%，可有效解决高负荷生产条件下压缩机排气量不能满足要求的现状。

3 改造前后对比

在压缩机一段入口前添加水冷器，根据盖·吕萨克定律，在气体压力不变的情况下，其体积和绝对温度成正比，压缩机气缸的容积恒定不变，进气温度的降低，必然带来气体密度的增大，即提高了压缩机的排气量。

通过简单计算得到，一段入口温度降低10 ℃(从35 ℃降至25 ℃)，大型水冷器的换热面积需要400 m2，此时4台压缩机排气量增加值为688 m3/h。若将4台机二段入口缓冲器前全部添加上述小型水冷器，增加的排气量约为612 m3/h(理论值)。两种改造方案对比结果如表1所示。

表1 一段入口前和二段入口前添加水冷器对比

从表1可以看出：在一段入口前和在二段入口缓冲器前添加水冷器提高排气量效果相差不大，但在一段入口前添加水冷器在换热面积、设备费用投入、占用空间、冷却水消耗和动力消耗等方面都比在二段入口缓冲器前添加大得多，所以在二段入口缓冲器前添加水冷器优势更为明显。

4 小结

①通过理论分析与计算以及现场改造的实施，得到在二段入口缓冲器前添加小型水冷器可显著提高压缩机排气量，二段入口温度下降10 ℃时，压缩机排气量增加约3%，可有效缓解现有排气量不能满足生产扩大需求的矛盾。②在二段入口缓冲器前添加水冷器，换热面积小，设备费用投入低，施工方便，占用空间小，冷却水、动力消耗少，较传统改造方法(在一段入口前添加水冷器)更好。

5 经济效益分析

根据4#压缩机改造效果，若将4台压缩机二段入口缓冲器前全部添加小型水冷器，实际总排气量可从20 400 m3/h增加至21 004 m3/h，增长率约3%。每年按照330天运转，那么每年压缩机增加的气量为：4.78×106m3。

相当于全年多产8 702 t尿素，而4套设备费用投入仅20万元左右，经济效益相当可观。

2014-01-21

位 朋(1987-)，男，硕士，从事化工设备管理工作，电话：15090059784。

TQ050.2

B

1003-3467(2014)03-0050-02