国产聚乙烯装置排放气压缩机工业化应用

刘琳琳++王智勇++高飞

摘 要：开发研制的排放气迷宫压缩机，满足聚乙烯工艺装置的要求，效率达到进口压缩机水平，填补国内空白，实现国产化。本项目的完成，推进了大型迷宫压缩机国产化的进程，实现了利用企业自主知识产权，设计制造出国内先进的大型尾气回收迷宫压缩机的目标，缩小了与国外先进技术水平的差距。并且可以满足国内煤炭深加工市场日益增长的需求。

关键词：排放气迷宫压缩机；聚乙烯装置；结構特点；填补国内空白、国产化

中图分类号：TQ325.12 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）01-0089-01

聚乙烯（简称：PE）是由乙烯聚合而成的聚合物，产品发展至今已有60年左右历史，聚乙烯装置排放气中含有乙烯、乙烷、甲烷、氮气及异戊烷等，考虑到防止压缩介质泄露造成对环境的污染和工艺介质的损失，本压缩机设计了全新的结构。此项攻关项目的完成，对实现国内重大装备技术的国产化，满足国家经济建设的需要，促进装备制造业的技术进步，提升企业技术水平、创新能力均具有重大意义。

1 主要目标

成功研制的排放气迷宫压缩机，整机使用寿命大于等于20年；主要易损件气阀寿命达到8000小时以上；主轴瓦、连杆大头瓦及小头轴套寿命达到24000小时以上；曲轴机械密封寿命达到24000小时以上；机组噪声≤85dB（A）；机组振动≤4.5mm/s（JB/T8541 B级（良）标准）；效率达到进口压缩机水平，稳定性、可靠性、经济性与进口机组相同，填补国内空白，实现国产化。

2 主要研究内容

（1）臂活塞与气缸间隙的最小化控制技术；（2）多列活塞与机身的多自由度振动耦合规律研究；（3）保证活塞应用精准对中的高端工艺技术；（4）迷宫填料漏气回收反吹系统的试验研究；（5）高可靠性的排放气迷宫压缩机产品研制；（6）排放气迷宫压缩机系列化设计方法及质量保证体系；（7）立式迷宫压缩机管道脉动及振动模拟分析。

3 研究方法和技术手段

3.1 密闭式承压机身、曲轴组件设计

考虑到防止压缩介质泄露造成对环境的污染和工艺介质的损失，我们将压缩机设计成全封闭、零泄露结构，这种结构的难点：在设计上，需考虑压缩机的机身需承受一定的压力，并要具有良好的密封效果；在机械加工上，由于零件体积、重量较大，需要专门的大型机床来保证机械加工的尺寸精度和行为公差；且零件的强度试验、气密实验等都需要采用特殊的设备和方法来保证。采用有限元分析设计，满足承压机身的强度、刚度和气密性要求；曲轴轴伸端采用双端面机械密封结构，保证机组全封闭，避免工艺介质外泄漏，大幅度提高机组运行经济性及可靠性。十字头滑道通油冷却，有效降低摩擦表面的温升。

3.2 采用本公司研制的导向轴承专利技术

为减少活塞杆运动时的摆动量，采用新结构导向轴承专利技术，实现了活塞杆往复运行时精确对中和导向。导向轴承上方设置刮油环，避免润滑油向上窜流，保证气体洁净。

3.3 应用本公司迷宫专利技术设计迷宫环槽密封形式

活塞与气缸、活塞杆填料函均采用本公司专利技术即无接触密封原理和结构。此密封结构具有以下优点：

（1）不需要设置活塞环、支撑环，大大降低成本、减少维修环节；（2）由于活塞与气缸不接触，可防止摩擦粉末对介质的污染，并能做到压缩机介质绝对洁净；（3）无接触的结构也大大减少活塞与气缸之间的摩擦热，节省冷却水耗量；（4）压缩密封空间存金属结构，适用复杂介质、高低温介质、防污染介质等，其适应能力范围强。

3.4 填料设置漏气回收和隔离腔充氮系统

填料由若干组迷宫环组成，将密封环分成高压侧和低压侧两部分，其间设漏气引出点，通过导管引回压缩机一级入口分离罐，引出点以外的低压侧根据较低的进气压力设置少量的密封环来密封即可。当泄漏量增大时，介质通过导管回流到一级，低压侧密封环的环境不会受到影响，大大提高了填料密封的可靠性。微量泄漏到隔离室中的气体压力也不会超过一级进气压力，这样整个机组实现了对外界环境的零泄漏，确保环境不受污染及工艺介质不会受到损失。

3.5 采用气阀卸荷器，实现四挡气量调节

通过气动卸荷器开关控制，实现自动控制阀门达到流量的定量调节。每级采用两缸同时压缩，两级共八个工作腔，可实现四挡气量调节，满足用户现场工况各种变化，灵活处理，深受用户喜爱。

3.6 曲轴扭振分析

曲轴扭振分析，通过分析计算以获得机组轴系的临界转速、扭转固有频率、扭转共振时的振幅和各轴段的扭振附加应力等特征数据，并结合各零部件材料的力学性能全面评价整个轴系工作的安全性和可靠性，同时指出是否需要采取减振、避振措施，明确给出采取何种形式的措施能够避免共振或消减振动的强度等结论性意见。目的是为了消除压缩机组轴系可能存在的安全隐患，避免危害性事故发生。

4 该项技术开发的价值

本项目研制的迷宫压缩机机组价格为进口机组50%以下；本项目研制的迷宫压缩机机组，其维护成本低于进口机组50%；与国外同类产品相比缩短采购时间10-14个月。项目完成后，填补了国内空白，打破了国外垄断的局面，而且有效的抑制同类设备进口价格，由于国产设备性能、质量、可靠性、使用寿命等方面达到国外同类产品水平，完全可实现国产化替代进口产品，同时也解决了备品备件的国产化问题，其社会效益极为明显。

5 结语

本文对应用排放气迷宫压缩机研究的内容、研究方法、技术手段，并对技术的开发价值进行了分析，此项攻关项目的完成，不仅填补了国内空白，打破了国外垄断的局面，而且有效的抑制同类设备进口价格；对实现国内重大装备技术的国产化，满足国家经济建设的需要，促进装备制造业的技术进步，提升企业技术水平、创新能力均具有重大意义。

参考文献：

[1]王天普.聚烯烃生产过程优化策略研究[M].杭州：浙江大学化学工程专业，2003.

[2]《石油、化学和气体工业设施用往复压缩机API618标准》[M].美国石油学会，2007.

[3]郁永章，等.《容积式压缩机技术手册》[M].机械工业出版社，2000.