新氢压缩机利旧改造及更新

（沈阳申元气体压缩机有限责任公司，辽宁沈阳 110141）

1 引言

4M50-36/11-192型新氢压缩机是30年前某压缩机厂生产的中国第一台4M50压缩机，由于是30年前设计生产的，介于年代久远，机器老化，当时的设计理念跟现在有很大差别，诸多因素，所以用户提出要求机组原位更新，由于场地、经济等诸多问题，用户要求压缩机基础利旧，在原来的基础上增加产量，由原来的20850 Nm3/h增加到27000 Nm3/h。

2 改造方案及分析

经过翻阅原机资料，得知原压缩机是3级压缩，1、2级每级气缸一个，3级气缸2个，每级的排气温度都超过了135 ℃，按照现行API618标准第6.5条中的规定，对于富氢气（分子量小于或等于12），要求排气温度不应超过135 ℃。所以此次改造我们采用了4级压缩，这样使得每级排气温度在任何工况下都小于135 ℃，每级一个气缸。

由于气量增加到27000 Nm3/h，经过计算，气量增加，导致各级受力增加，原有的4M50机组已经不能满足新参数的要求，为了满足用户扩大再生产的需求，与电机厂专家协商利用原电机基础，电机最大能做到3400 kW，在满足压缩机主机及电机基础不动的前提下，将新压缩机气量提高到27000 Nm3/h。同时将机型提高一档，将原4M50基础件改为4M80基础件系列。由于场地受限，用户要求压缩机基础利旧，这就给改造造成了很大的难度，机器提高了一个吨位，按常理机器的尺寸也该扩大一些，可现在基础利旧，我们设计时考虑的问题就多了，此外3级改成4级，又多了一套冷却器和分离器，这就给布置增加更大的难度。表2是经过计算的新参数及主要技术指标。

3 主要零部件的具体改造方案

3.1 机身及中体

（1）原压缩机机身与中体一体式设计，采用对接方式。

（2）现机身和中体分开设计，整体式机身，机身上的所有轴承孔精加工时可在一次装夹中加工完成，保证轴承孔的同轴精度，这对曲轴的长周期安全运转非常重要，克服了对接机身安装找正的不便。同时解决了对接机身，对接处渗油的缺点。机身（曲轴箱体）上设充氮口，以防润滑油老化产生易燃气体外漏引起爆炸燃烧，曲轴箱上应装有防止压力迅速升高的呼吸器。

（3）分体式中体滑道，克服了以往中体机身整体式带来种种弊端，如滑道磨损及滑道损坏不可更换、整体铸件滑道位置的铸造偏移、滑道中心线与机身轴线的位置误差等。

（4）机身及中体改造具体如下：为满足80基础件强度，将机身加宽，由1290 mm加宽至1440 mm，同时保证地脚孔不变，壁厚改为40 mm，筋宽改为45 mm；中体壁厚改为45 mm。

（5）减小压缩机的行程，由400 mm改成360 mm，使法向垂直力尽量靠近基础，使压缩机运行更平稳。

（6）机身上加有支撑横梁，确保机身足够的刚度。

3.2 曲轴

曲轴采用锻钢制造，为满足80基础件强度，曲轴轴径由280 mm改为320 mm。重新进行强度校核，曲轴与电机连接摩擦面重新计算。

3.3 连杆

（1）连杆采用锻钢制造，为满足80基础件强度，连杆等关键受力部位经过计算及强度校核，整体全部加大加强。

（2）连杆为整体锻造连杆，整体外形由数控机床一次加工成型，连杆的过度圆弧流畅，减小应力集中；改变了以往电弧切割在加工成型的缺点，电弧切割使连杆体周边由于高温金相组织发生变化，残余应力激增，使连杆强度减弱。

（3）连杆大头瓦采用铝镁合金材料，为整体瓦无钢背，耐比压能力比传统钢背挂巴氏合金瓦提高4～5倍。

3.4 十字头

（1）十字头用铸钢制造，上下滑板挂巴氏合金。为满足80基础件强度，十字头销直径由160 mm改为175 mm。十字头外径由450 mm改为480 mm，关键受力截面进行强度校核。

（2）十字头与活塞杆连接采用我公司自主设计的半液压连接结构。

（3）压缩机十字头滑履为可拆卸式，十字头与滑道的安装间隙是通过增减滑履和十字头体之间的垫片来调整的，保证了十字头中心与滑道中心的一致，同时保证了润滑油膜的形成间隙。

（4）十字头滑履采用电弧喷涂巴氏合金新工艺。应用电弧喷涂技术，将我公司自己调配的巴氏合金材料喷涂到压缩机十字头的滑履表面上，这样结合力高、形成了耐磨的巴氏合金涂料层。

3.5 活塞杆

（1）为满足80基础件强度，活塞杆直径由110 mm改为120 mm。

4 气管路的重新布置

在石化行业中，大型高压压缩机应用的越来越多，尤其是采用往复对动平衡结构以来，压缩机的转速越来越高、气量也不断增大、平衡性能也越来越好，满足了石油化工行业生产的日益发展的需求，但是事故停车经常时有发生。造成事故停车的因素，有很多是由管路振动引起的，而压缩机管路系统的振动，主要由管路气流脉动所引起得。

往复式对动平衡压缩机管路的振动是各个企业机器运行中的安全隐患之一，如管路激振力持续超过许用值，会引发的管路振动，会使管路自身以及与它相连的部件、甚至压缩机的基础产生疲劳性的破坏，从而影响到压缩机的正常运行。此外，管路振动会使压缩机车间得噪声达到110 dB，从而对车间周围的环境造成了很大的噪声。

本次改造压缩机转速也由原来的300 r/min提高到333 r/min，转速的提高，导致固有频率的改变，对管路的振动有着极大影响，而且3级改4级，管路又增加了一级，所以本次改造在设计时就充分的考虑各种因素，还做了管路脉动及振动分析。

管路振动的原因：

在压缩机运行过程中，活塞的运行速度是不均匀的，管路的气流速度也会发生周期性的变化，这样时脉动的气流在压缩机气管路的阀门、异径接头及弯头等截面变化处，产生了周期性的激振力，对压缩机的管路系统乃至压缩机本体都会产生疲劳性的破坏，会造成连接螺栓的松动，甚至会使压缩机气管路的管件出现裂纹，从而会导致管路泄漏，严重的话会造成火灾、气体中毒、压缩机系统爆炸等大型事故，对工人的危害极大。

管路系统的振动程度与管路的管件、结构尺寸、管路配置都息息相关。

本次改造气管路主要从以下方面做了研究及改善：

（1）在总进气口处增加了入口分离器，即对入口气体起到了分离水分的作用，又起到了缓冲的效果。

（2）缓冲器的安装位置和设计理念：本机所有缓冲器安装位置都极其靠近气缸，这样从气缸出来的脉动气流就可以直接得到有效的缓冲，另外3、4级缓冲器做成了球型，让反射波都能折射到中心，使机器运行更平稳。

（3）管道的管径大小对气流的速度的高低起到决定性的作用，从而对压力不均匀度也起到了决定性的作用，装置在同样的条件下，管道的管径管径不同，沿管线的气流速度、压力的不均匀度也是不同的。所以本次改造在管径大小上做了详细的计算，结合实践经验，使各个管段的流速都控制在我们允许的范围内。

（4）在管路的走向上，在计算了热膨胀量的基础上，让管路尽量少增加弯头。

（5）先凭经验做了布置了管路支架，后根据脉动和振动模拟分析报告调整了位置。

最后我们又做了脉动和振动模拟分析，都满足API618的方法3的要求。

下图是管路应力分析建模

5 结语

此次改造经过设计及生产，再到用户现场安装，历时半年多的时间，现在已经开车运行了3个月的时间，机组运行平稳，管路振动小，各项参数都达到了设计指标，受到了用户的一致好评，满足了用户扩大再生产的需求，同时也给用户节省了日常经营成本，使用户利润得到了最大化，还解决了原机组零件老化带来的安全隐患。