塔山矿制氮、螺杆压缩机系统改造

杨　贵



塔山矿制氮、螺杆压缩机系统改造

杨贵

摘要塔山矿风井管理区制氮与压风系统配套使用英格索兰螺杆机，该机散热问题是影响设备可靠运行的最大难题。为了解决这一难题，使设备有一个良好的运行环境，对其散热系统进行了改进，彻底解决了机器温升超限问题，使设备运行环境得到极大改善并取得良好的使用效果。

关键词螺杆压缩机；风冷冷却器；冷却排风风道；消音器

1　引言

塔山煤矿井下采空区采用注氮气防灭火工艺，氮气由场面PSA变压吸附制氮机生成，通过管道输送至井下采空区。PSA变压吸附制氮机的压缩空气气源由风冷式螺杆压缩机提供。由于螺杆压缩机工作时产生高温、制氮机工作时产生高噪音，严重影响设备运行的可靠性和操作人员的身心健康。因此必须改善设备的运行状况和车间的环境质量，使设备安全可靠运行且人员健康安全。本文通过对问题产生的原因、设备结构原理细致分析论证，提出并实施解决方案。经过设备试运行、高温天气实践检验，使设备运行环境得到极大改善，并取得良好的使用效果。

2　螺杆压缩机系统的使用情况

2.1原厂设计冷却方式的原理

英格索兰螺杆压缩机采用风扇空气冷却，在机头冷却器前方安装一台15 kW大风叶风扇进行系统冷却，如图1显示空气通过机器前方入口罩的滤网进行过滤，过滤后的空气从机器前方进入冷却器——冷却后的空气与螺杆机内的压缩油进行热交换——交换后的高温空气从机器上方排出，排出后的空气仍在车间环境中[1]。

2.2螺杆压缩机的使用状况

由于塔山矿氮气需求量大，故制氮设备多，共使用螺杆压缩机13台。交换后的高温空气从机器上方排到车间内，并在车间内循环，使环境温度增加，又因设备本身冷却条件差，致使冷却效果不佳，造成设备温度高。2013年6月底，运行中的螺杆空压机主机温度达98℃（105℃报警，109℃停机），排气温度48℃（进入冷干机的气体温度要求在5℃～50℃之间）。对冷干机、制氮机分子筛、螺杆压缩机等设备的正常运行极为不利。进入7月中旬，随着气候的进一步变热，环境温度进一步升高，如果继续采用该冷却方式，势必造成螺杆压缩机高温报警、停机情况，严重影响矿井的正常安全生产。如果采用螺杆压缩机开侧门运行，虽然能降低主机冷却器的油温，但由于空气不能进行过滤导致大量杂物吸附于主机冷却器表面，长时间运行对冷却器有严重影响，可能导致事故发生。

图1压缩机系统冷却图

3　原氧气排放系统

3.1系统氧气排放方式

PSA变压吸附制氮机采用加压吸附氧分子，降压、回吹排放氧气。排出的氧气通过控制阀控制，排出制氮机吸附塔，再经消音器降噪排出外界[2]。

3.2直接排放的弊端

经消音器直接排放的氧气浓度极高，瞬时氧气浓度可达70%以上，因扩散高度不够，且有遇火助燃性，极其危险，严重影响人员和设备的安全。另外，氧气气流经消音器直接敞口排放，有很尖锐的声响，高达80 db以上，对操作人员的听力有严重的影响。

4　冷却方式排气改造

4.1改造方法

通过分析设备运行散热原理与各环节，结果表明，散热空气进入车间，造成车间环境温度高，迫使冷却散热效果差是影响设备冷却散热效果的主要原因。如图2显示为改善车间环境温度，进行了加装冷却专用排风风筒的技术改造。将冷却器流出的风流通过排风筒直接排出车间外，排风筒的断面与原排风口断面一致，排风筒采用流线型，排风筒的排气方向考虑全年主要外界风向的影响，排气风向与全年主要外界风向一致。

同时排风筒设置插板，平时停机时可防止杂物进入机体。冬季关闭插板，打开冷却器后门，可利用冷却器的热风实现车间供暖，有效的对螺杆机余热进行了利用。

图2加装冷却专用排风风筒后系统冷却图

4.2改造效果

通过改造，2013年7月初运行中的螺杆压缩机主机温度83℃，排气温度34℃，在2013年夏季最热的署伏天，运行中的螺杆压缩机主机温度最高87℃，排气温度最高38℃，对比改造前设备散热数据，有效的降低了设备的运行温度，保障了设备安全、可靠运行。冬季通过对螺杆机余热利用，可使车间温度维持在19℃-21℃之间。

5　氧气排放系统改造

通过分析氧气排放系统，噪音产生的主要原因是消音器的消音效果和排放口排氧气时产生的噪音。如图3显示将氧气引至室外排放，不仅可消除因氧气助燃性的危险，又可降低车间内的噪音污染。制氮机排氧消音器上加装排气管道（使用DN500焊接钢管），出口置于车间外离地面6 m以上，使排出的高浓度氧气通过排气管道排至车间外，得到可靠扩散。避免了消音器周围因氧气浓度高形成的安全隐患，又大幅度降低了车间内及消音器的噪音污染，创造了良好的工作环境[3]。改造前，现场实测车间噪音达80 db以上；改造后，现场实测车间最高噪音仅为70 db左右，有效降低了车间工作噪音；改造后由于没有了夹杂分子筛的杂物在车间内排放，有效改善了车间内的环境卫生，使设备运行处于良性循环。改造后排放系统的消音器运行稳定，年度检修时对消音器进行拆除检修，检查内部无开焊现象，部件无变形，滤网完整，使用效果很好。

图3改造后的消音器示意图

6　总结

现代化的矿井新工艺、新设备的应用较为频繁，但在现场使用过程中，需要对系统及设备进行进一步的完善、改进，以便更好的适应现场复杂环境的需要。改进后的塔山矿制氮系统运行正常，持续稳定的向井下输送氮气，设备运行可靠。通过技术改造，满足、完善设备的运行、使用效果，是当今现代化矿井生产的需要，是优化生产工艺的需要，是在生产实践中所必须做到的。

参考文献

[1]叶振华.化工吸附分离过程[M]. 1992:184.

[2]顾飞龙.200Nm3/h（PSA）制氮装置的工程设置与应用[M]. 2002:4.

[3]白柳.液压与气压传动[M]. 2009:45.

杨贵，1984年2月出生，山西五台籍，现在同煤集团机电管理处工作，助理工程师。

System Transformation on Nitrogen Production and Screw Compressor of Tashan Mine

Yang Gui

Abstract：Nitrogen production and compressed air system of Tashan Mine wind well management area use Ingersoll screw machine，the heat dissipation of the machines is the biggest problem to affect the reliable operation. In order to solve this problem and make the device has a good running environment，the heat dissipation system is improved，this completely solves the temperature overrun problem，the equipment operation environment is improved significantly and the good use effect is made.

Keywords：screw compressor；air cooler；cooling exhaust duct；muffler

收稿日期：2016-01-03

作者简介

中图分类号TB535

文献标识码A

文章编号1000-4866（2016）02-0041-02