深度脱水装置循环气压缩机的选型及应用

张林松

引言

天辰公司引进的种子微悬浮法糊树脂聚合工艺要求氯乙烯的含水量≤100ppm，而国内电石法氯乙烯生产的氯乙烯含水量一般都≥600ppm。氯乙烯深度脱水装置自2014年投入运行以来，运行情况良好，VCM含水能长期控制在50ppm以下，其他各项指标均达到设计要求。深度脱水装置的稳定运行大大降低了粗单体中的水含量，使产品的质量和产量都得到了一定提高。为了使该装置能更稳定地适应生产，天辰公司也不断地对深度脱水装置进行技术优化，尤其是循环气压缩机常发生故障从而影响整套装置的稳定运行的问题。

深度脱水装置中的循环气压缩机是整个装置的核心设备，其功能是给循环气提供足够动力，将热量带入再生吸附塔，使吸附剂得到充分再生。如果循环气压缩机发生故障，导致吸附剂没有得到充分再生就继续下一次吸附，从而使装置的净化气中水含量超标，而最终对生产企业的产品产生不良影响。

1 压缩机的类型及应用范围

1.1 化工常用压缩机的类型

按照压缩气体的工作原理分类，可分为容积式压缩机和透平式压缩机。

容积式压缩机：工作原理是依靠工作腔容积的变化来压缩气体，因而它具有容积可周期变化的工作腔。按工作腔和运动部件形状，容积式压缩机可分为“往复活塞式”和“回转螺杆式”两大类。

透平式压缩机：工作原理是由装于轴上带有叶片的工作轮(叶轮)在驱动机的驱动下做高速旋转。叶片对气体做功使气体获得动能，经扩压流动后转变为压力能，从而提高气体压力。按气体流动方向的不同，透平压缩机主要分为轴流式和离心式两类。

1.2 化工常用压缩机应用范围

由于各类压缩机的工作特点不同，其特征和适用范围也不尽相同，目前各主要机型的适用范围如下图1所示。但各类压缩机的应用区域有很大的重叠范围，在采用压缩机时必须根据具体条件来选择，以达到良好的经济效果。

图1 各类压缩机的适用范围

2 深度脱水装置中循环气压缩机选型分析

目前天辰公司糊树脂产量设计为13.5万吨/年，那么深度脱水装置处理的粗单体量约为10000～1500Nm3/h，按照经验可估算出深度脱水装置中循环气压缩机的体积流量需要达到7000～11000 Nm3/h（空气介质）。如图1所示，适用该流量范围的压缩机有往复活塞式、回转螺杆式和离心式压缩机，而当流量较小时，离心式压缩机的叶轮需要变窄，使加工制造比较困难，运行时也会变得不稳定。所以当遇到这种小流量要求的场合，生产厂家总是习惯采用往复活塞式或者回转螺杆式压缩机。

2.1 往复活塞式压缩机

往复活塞式压缩机基本原理是靠在气缸内做往复运动的活塞，使容积缩小而提高气体压力。基本结构由多个活塞、活塞环、气门阀件、曲轴轴瓦等组成。这是最早的压缩机型式，适用于中小气量、各种压力，特别适用于高压和超高压；压力基本不随气量而变化，驱动机大都采用电机，一般不调速；在部分载荷操作时效率降低，故选择活塞式压缩机时，气量裕度不宜过大。这种压缩机的缺点是排气不均匀、气流有脉动，容易引起管道振动；其结构复杂笨重，占地面积大，维修工作量大，使用周期短等。

2.2 回转螺杆式压缩机

回转螺杆式压缩机基本原理是靠减少气体所占据的封闭空间的容积来提高气体压力。但相对于往复活塞式，回转螺杆式压缩机结构要简单的多，主要由一对平行排列相互啮合的高加工、装配精度的螺杆转子组成，通过螺杆转子齿间容积的变化达到压缩的目的。它没有气阀、活塞环等易损件，结构简单紧凑，运转可靠，寿命长；平衡性好，振动小，噪音低，对安装基础要求不高，可直接放置于基础上，安装和维修都很方便；输气平稳，无气流脉动，能够满足要求较高气量的需求。

3 循环气压缩机在深度脱水装置中的实际应用情况

生产厂家选用的循环气压缩机均为喷油螺杆式和无油往复式。结合生产厂家实际运行情况，对两种压缩机实际运用中的故障问题作了如下分析：

无油往复式压缩机：目前各个生产企业使用的无油往复式压缩机都是由泰兴新型工业泵厂所生产。在实际运行过程中，部分压缩机出现了活塞环损坏和底座滑道损坏的问题，这两个问题在泰兴新型工业泵厂的积极配合下，通过更改活塞环和底座滑道材质、更改活塞环固定方案和增加润滑油冷却器的方法得到了解决。该压缩机最主要的问题是气阀使用寿命太短，各个生产企业反映该压缩机气阀每两个月左右就需要更换，有时甚至半个月就得更换气阀。目前在公司改进的新工艺中，不再使用无油往复式压缩机来抽空，同时再生循环气也由以前的单体改为氮气，这样可以避免单体对压缩机造成腐蚀，也可以避免出现液体进入吸气侧的意外情况发生（阀片破损有时因液体被带进吸气侧所致）。相信通过天辰公司和泰兴新型工业泵厂的共同努力，该无油往复式压缩机在新工艺的运行中，气阀寿命会得到一定提升。

喷油螺杆式压缩机：由于无油螺杆压缩机的各部位间隙较小、制造精度高、转速高、轴承和轴封等精度要求也高，导致价格较贵；而喷油螺杆压缩机机的转速可降低到无油螺杆压缩机转速的1/3—1/5，用电机直接转动即可，结构相对简单，价格相对较低，所以生产企业常选用喷油螺杆式压缩机。但是喷油螺杆式压缩机在实际运行过程中，容易出现再生循环气中夹带吸附剂粉尘导致油气分离设备的滤芯堵塞问题，对于该问题可以采取更换更好的精密过滤器来解决，目前精密过滤器可降到0.1×10-6，甚至可降到0.01×10-6，过滤器过滤精度可达到3μm，1μm和0.01μm等级；同时还易出现润滑油易乳化问题，该问题是由于进入压缩机的循环气中夹带饱和水量过多导致，在新的工艺中，循环气由以前的单体更改为氮气，那么我们可以将压缩机进口的循环气温度控制更低，减少带入压缩机的饱和水量。

4 结论

结合两种压缩机的实际运行情况来看，在设备的采购投资方面，无油往复式压缩机与喷油螺杆式压缩机相比，具有较大的价格优势。但是在效率和维护方面，无油往复式压缩机有气阀、活塞、活塞环、连杆瓦等诸多易损件，连续运行的可靠性差，一方面会影响生产，另一方面也会增加维护管理的费用；而喷油螺杆压缩机中不存在影响机器效率的易损件，进行压缩的一对转子并不直接接触，不会出现磨损情况，因此长期连续运行的经济性要优于无油往复式压缩机。