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| 【關(guān)鍵詞】合成氨裝置,離心壓縮機(jī),改造經(jīng)驗(yàn) 【論文摘要】二十世紀(jì)七十年代我國引進(jìn)了十多套日產(chǎn)千噸的合成氨裝置，近年來我公司承擔(dān)了其中數(shù)套裝置的增產(chǎn)節(jié)能技改項(xiàng)目。占地不變，定員不增，投資較少，用一個(gè)月大修期完成了壓縮機(jī)的技術(shù)改造，日產(chǎn)合成氨達(dá)到1500噸，收到了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。本文以其中某裝置為例，介紹工藝空氣壓縮機(jī)和合成氣壓縮機(jī)的改造經(jīng)驗(yàn)。 1. 工藝空氣壓縮機(jī)改造方案 1.1 原引進(jìn)機(jī)組情況 73年引進(jìn)的該壓縮機(jī)為兩缸四段壓縮，型號(hào)為5CK57+7CK31，低壓缸共5級(jí)分兩段，高壓缸共7級(jí)分兩段，低壓缸和高壓缸間設(shè)齒輪增速箱。機(jī)組設(shè)三個(gè)段間冷卻器和一套油系統(tǒng)（與105J/JT氨壓縮機(jī)組公用）。正常工況時(shí)，第四段排氣量為 48 419 kg/h，一段進(jìn)氣壓力為0.091MPa.A，四段排氣壓力為3.42MPa.A，軸功率 7437 kW。機(jī)組由DELAVAL公司制造。 驅(qū)動(dòng)機(jī)為中壓背壓式汽輪機(jī)，型號(hào)為KJWV-DF，葉輪共8級(jí)，進(jìn)汽壓力為3.77MPa.A，溫度321℃，冷凝壓力114mmHg.A。正常工況時(shí)，耗汽量為37.4 T/h，汽耗率5.03kg/kW.h。汽輪機(jī)的額定功率為 9765kW。 1.2 已改造情況 95年節(jié)能增產(chǎn)技改時(shí)，由國內(nèi)制造廠對(duì)壓縮機(jī)高、低壓缸的內(nèi)件進(jìn)行了更新。原13級(jí)葉輪僅*、第二級(jí)為三元流葉輪，此次改造已全部更換為三元流葉輪，并改造了隔板、氣封等內(nèi)件。四段出口氣量達(dá)到57 320kg/h（濕基）。改造后滿足了氨日產(chǎn)1150噸的要求，整機(jī)多變效率提高了5個(gè)百分點(diǎn)，軸功率 8117 kW。汽輪機(jī)及其它的輔機(jī)未改動(dòng)。改造后，壓縮機(jī)組的實(shí)際性能達(dá)到美國KBR公司可研報(bào)告的數(shù)據(jù)：軸功率8400kW，汽輪機(jī)的汽耗5.2kg/kW.h，中壓蒸氣4.04 MPa.A、363℃用汽量為43.68T/h。 1.3 改造方案 本次技改按美國KBR公司流程，四段排氣量要求達(dá)到73 760 kg/h（濕基），排氣壓力3.672 MPa.A，進(jìn)口空氣溫度35℃，相對(duì)濕度75%。為使改造后的工藝空氣壓縮機(jī)有足夠的富裕量，相對(duì)濕度按82%，空氣流量富裕量按10~15%考慮。 本機(jī)組改造有兩個(gè)方案。一是改造現(xiàn)有機(jī)組，二是并聯(lián)一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)離心壓縮機(jī)。表1從一次性投資、運(yùn)行費(fèi)、改造工作量和風(fēng)險(xiǎn)性四方面對(duì)兩方案作了對(duì)比。方案的報(bào)價(jià)分別取自相關(guān)公司的初步報(bào)價(jià)，備件費(fèi)系估計(jì)價(jià)。 多軸式離心壓縮機(jī)比常規(guī)的單軸式離心壓縮機(jī)效率高、價(jià)格低的原因是： 各級(jí)葉輪可在*轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)葉輪直徑和轉(zhuǎn)速能*匹配，因此保證了各級(jí)葉輪的率。而單軸式壓縮機(jī)則只有一種或兩種轉(zhuǎn)速。 每級(jí)葉輪懸臂安裝，軸向進(jìn)氣，流動(dòng)狀態(tài)比單軸式壓縮機(jī)均勻，提高了級(jí)效率。 每級(jí)葉輪壓比高。工藝空氣壓縮機(jī)的總壓比為37.8，多軸式壓縮機(jī)僅用6個(gè)葉輪，單軸式壓縮機(jī)要12個(gè)葉輪，因此造價(jià)降低。 1．4關(guān)于并聯(lián)多軸式離心壓縮機(jī)的進(jìn)一步說明 （1）離心壓縮機(jī)氣量調(diào)節(jié)的方法是改變轉(zhuǎn)速，其次是可調(diào)入口導(dǎo)葉、進(jìn)氣節(jié)流、排氣節(jié)流、打回流（經(jīng)濟(jì)性遞減）。由于本次改造中并聯(lián)的壓縮機(jī)是用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，大功率電機(jī)用變頻器調(diào)轉(zhuǎn)速投資太高，用液力偶合器費(fèi)用也高，還有功率損失。因此，通常是電動(dòng)的壓縮機(jī)全氣量運(yùn)行，負(fù)荷調(diào)節(jié)僅由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)組承擔(dān)。如汽動(dòng)式壓縮機(jī)的氣量減少得太多，接近壓縮機(jī)喘振線時(shí)，則采用調(diào)節(jié)另一臺(tái)電動(dòng)式壓縮機(jī)的入口導(dǎo)葉來實(shí)現(xiàn)。多軸式壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是每級(jí)葉輪前部便于安裝可調(diào)進(jìn)口導(dǎo)葉，在保證恒定的出口壓力下，穩(wěn)定運(yùn)行范圍擴(kuò)大，而功率損失很小。 （2）近十年來，多軸式離心壓縮機(jī)才在我國開始大量使用。但這是一種成熟可靠的老機(jī)型。1947年德國的DEMAG公司研制成功世界*臺(tái)多軸式四級(jí)離心壓縮機(jī)，1948年取得了權(quán)。1968年到期，世界上主要的離心壓縮機(jī)廠競(jìng)相開始制造。八十年代初，沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠引進(jìn)了日立公司DH系列多軸式四級(jí)離心壓縮機(jī)制造技術(shù)，目前已經(jīng)生產(chǎn)近200臺(tái)。但用于合成氨裝置的工藝空氣壓縮機(jī)總壓比高，需采用多軸式六級(jí)離心壓縮機(jī)，目前我國還不能制造?，F(xiàn)在我國已在數(shù)套合成氨裝置上采用了多軸式離心壓縮機(jī)，已有十年成功的工業(yè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。可以認(rèn)為，選用此機(jī)型是可靠的。 （3）多軸式離心壓縮機(jī)制造廠多，能形成競(jìng)爭(zhēng)局面，與*制造廠承擔(dān)舊機(jī)組改造相比，價(jià)格可大幅下降。對(duì)多軸式六級(jí)離心壓縮機(jī)可供選擇的制造廠有：DEMAG、GHH、Atlas-Copco、神戶制鋼等。 2. 合成氣壓縮機(jī)改造方案 2.1 原引進(jìn)機(jī)組情況 原引進(jìn)的壓縮機(jī)由兩缸直聯(lián)而成，低壓缸型號(hào)為2BC9，共有9級(jí)葉輪；高壓缸型號(hào)為2BF9-8，前7級(jí)葉輪為后段，和第8級(jí)葉輪為循環(huán)段。壓縮機(jī)由DRESSER-CLARK 公司制造。驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)由DELAVAL公司制造，由高壓背壓式汽輪機(jī)和中壓冷凝式汽輪機(jī)串聯(lián)而成，前者為2 級(jí)，后者為6級(jí)。 正常工況下的總軸功率為15110 kW。高壓背壓式汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力9.8 MPa.G，440℃，進(jìn)汽量246.7T/h，排汽壓力3.82 MPa.G；中壓冷凝式汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力3.75 MPa.G，321℃，進(jìn)汽量13.4T/h，冷凝壓力0.0135 MPa.A。 2.2 已改造情況 88年6月節(jié)能技改時(shí)，在103-J壓縮機(jī)入口增設(shè)了氨冷器1115-C，降低了壓縮機(jī)進(jìn)氣溫度，達(dá)到節(jié)能增產(chǎn)的效果。1989年5月，因循環(huán)量減少，對(duì)壓縮機(jī)循環(huán)段葉輪進(jìn)行了改造。95年5月，將高壓汽輪機(jī)103/JAT的轉(zhuǎn)子由二級(jí)改為三級(jí)，每級(jí)焓降減小，提高了汽輪機(jī)的效率，并滿足了合成氨增產(chǎn)15%的要求。 2.3 改造方案 本次技改，按KBR公司的工藝方案，合成回路的循環(huán)氣量減小至273.8T/h，合成回路的壓降由原來的1.54 MPa降到1.1 MPa，使循環(huán)段的功率減少。一段補(bǔ)充氣質(zhì)量流量與1000MT/D氨能力相比增加50%，但入口氣體先經(jīng)過1115-C氨冷器降溫，使進(jìn)壓縮機(jī)的氣體溫度從原設(shè)計(jì)的37.8℃降為9℃，在相同質(zhì)量流量、相同壓比、相同效率的條件下，軸功率可節(jié)省9.3%。因一段進(jìn)氣的體積流量比原設(shè)計(jì)條件增加約36.1%，壓縮機(jī)不改轉(zhuǎn)子，僅提高轉(zhuǎn)速已不能勝任，因此本壓縮機(jī)低壓缸和高壓缸的轉(zhuǎn)子、隔板、聯(lián)軸器將更換新的。由于新轉(zhuǎn)子可用率的三元流葉輪，加上入口氣經(jīng)氨冷降溫和循環(huán)氣量減少，循環(huán)段壓升的降低等三項(xiàng)節(jié)能措施，氨產(chǎn)量從日產(chǎn)千噸增至日產(chǎn)1.5千噸后，合成氣壓縮機(jī)正常工況時(shí)的軸功率僅從原15 110 kW增至16 513 kW，僅增加9.3%。目前，103JAT高壓汽輪機(jī)的額定功率為14 036 kW，103-JBT中壓汽輪機(jī)的額定功率為5595 kW，總額定功率為19 631 kW，已達(dá)到正常工況壓縮功率的1.19倍。蒸汽條件與原設(shè)計(jì)變化又不大，因此這兩臺(tái)汽輪機(jī)*不需改造。 壓縮機(jī)的改造有兩種途徑。一是由原制造廠承擔(dān)內(nèi)件轉(zhuǎn)子、隔板等部件的改造，因原制造廠保留有該壓縮機(jī)的全套零部件加工的原始記錄，可保證新加工的內(nèi)件與現(xiàn)有缸體的正確配合，避免現(xiàn)場(chǎng)組裝時(shí)的再加工，縮短組裝時(shí)間，確保在一個(gè)月大修停車期間完成壓縮機(jī)的改造。不過，由*制造廠承擔(dān)改造任務(wù)，費(fèi)用居高不下，我方處于被動(dòng)地位，為此，可以引入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。合適的競(jìng)爭(zhēng)者可選三菱重工，理由如下： 七十年代引進(jìn)的美型合成氨裝置的合成氣壓縮機(jī)由美國DRESSER—CLARK公司制造；而日型合成氨裝置的合成氣壓縮機(jī)是由日本三菱重工（MHI）公司制造，兩家公司均采用美國CLARK公司的技術(shù)。后來DRESSER-CLARK公司與Ingersoll—Rand公司合并，更名為DRESSER—RAND。八十年代三菱重工（MHI）與DRESSER—RAND各出資50%，組建合資公司MD-R公司。因此三菱重工至少可以*按美型合成氣壓縮機(jī)的安裝尺寸制造節(jié)能型合成氣壓縮機(jī)的低壓缸和高壓缸。由此可見，由兩家制造廠來競(jìng)爭(zhēng)合成氣壓縮機(jī)的改造對(duì)我們十分有利。 3.結(jié)束語 該項(xiàng)目去年底投產(chǎn)，工藝空氣壓縮機(jī)和合成氣壓縮機(jī)運(yùn)行正常，裝置改造已達(dá)到預(yù)期的目的，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。工藝空氣壓縮機(jī)的改造采用并聯(lián)電動(dòng)多軸式離心壓縮機(jī)的方式，改造工作量少、風(fēng)險(xiǎn)小、投資省，是合理的方案，目前已在數(shù)套日產(chǎn)千噸合成氨裝置的增產(chǎn)節(jié)能技改項(xiàng)目中采納。至于合成氣壓縮機(jī)的改造，是由原制造廠承擔(dān)內(nèi)件的改造，還是由幾家制造廠投標(biāo)更換新的高低壓缸，還有待實(shí)踐檢驗(yàn)。 |
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