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(河南心連心化肥有限公司,河南 新鄉(xiāng) 453731)

提高CO2壓縮機(jī)排氣量

位朋,梁斐,付祥喜,顧朝暉

(河南心連心化肥有限公司,河南 新鄉(xiāng) 453731)

在二段入口緩沖器前添加小型水冷器，進(jìn)一步降低壓縮機(jī)二段入口溫度是提高壓縮機(jī)排氣量行之有效的方法之一。通過理論分析與計(jì)算，得到降低二段入口溫度后排氣量的理論增加值，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)改造，驗(yàn)證了此效果。結(jié)果表明：溫度由34 ℃降至24 ℃，排氣量提升3%左右。此方法設(shè)備投入費(fèi)用低，安裝簡(jiǎn)便，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

壓縮機(jī);排氣量;提高方法;二段入口溫度

0 前言

CO2壓縮機(jī)是尿素生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備之一。隨著河南心連心化肥有限公司(以下簡(jiǎn)稱心連心公司)尿素產(chǎn)量的逐年增加，壓縮機(jī)現(xiàn)有排氣量已經(jīng)不能滿足高負(fù)荷生產(chǎn)的需求，尤其在夏季高溫時(shí)段，這種矛盾更為突出。因此，如何提高壓縮機(jī)排氣量成為提高尿素產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。

提高壓縮機(jī)排氣量的常見途徑有兩種：①減少壓縮機(jī)的間隙(包括活塞與氣缸蓋之間的空隙、活塞環(huán)與氣缸之間的空隙)，可以使壓縮的氣體泄漏減少(但對(duì)于固有的壓縮機(jī)來說，改變間隙大小顯然不易實(shí)現(xiàn))；②提高壓縮機(jī)的進(jìn)口壓力、降低進(jìn)口溫度，按伯努利方程，單位時(shí)間內(nèi)壓縮機(jī)可以容納的氣體與壓縮機(jī)排氣量成正比?？紤]到公司生產(chǎn)實(shí)際，增加一段入口壓力，涉及變脫等其他工段，難度較大；降低一段入口溫度，需要變脫工段在CO2氣總管外添加大型水冷器，設(shè)備投入較大，安裝不便。

為此我們做了新的嘗試：在二段入口緩沖器前再添加小型水冷器，通過進(jìn)一步降低二段入口溫度來提高排氣量。此方法為提高壓縮機(jī)排氣量提供了一種新途徑。

1 理論分析與計(jì)算

心連心公司M85/206C型CO2壓縮機(jī)的設(shè)備技術(shù)參數(shù)如下：排氣量，5 100 m3/h；一段入口壓力，≤35 kPa；一段入口溫度，≤40 ℃；壓縮級(jí)數(shù)，5；行程，320 mm；轉(zhuǎn)速，330 r/min；軸功率，1 100 kW；電壓，10 000 V；一至五段缸徑，850、450、250、155、155 mm。

在二段入口緩沖器前再添加小型水冷器，二段入口CO2氣溫度的降低必然伴隨著一段出口壓力的降低，即一段壓縮比的降低，對(duì)提高排氣量是有利的。我們可以通過調(diào)節(jié)1回1(一段出口部分氣體返回一段入口，對(duì)于這部分氣體，壓縮機(jī)做了無用功)閥門開度，保持一段出口壓力不變，即維持現(xiàn)階段一段壓縮比不變。我們可以通過壓縮比的降低來計(jì)算排氣量的增加值。

由于壓縮機(jī)余隙的存在，使壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力比理論值偏低。實(shí)際的排氣量為：

Vmin=λd·Vmin

式中：Vmin——理論排氣量，m3/min；

Vmin——實(shí)際排氣量，m3/min；

λd——排氣系數(shù)，其值為(0.8～0.95)λ0；λ0為容積系數(shù)。

1.1 余隙系數(shù)ε

有余隙存在的實(shí)際壓縮循環(huán)p-V關(guān)系如圖1所示。圖中1-2-3-4-1代表一個(gè)壓縮循環(huán)過程。

圖1 實(shí)際壓縮循環(huán)的p-V

余隙體積V3與活塞一次掃過的體積(V1-V3)之比稱為余隙系數(shù)，我們用ε表示。公司壓縮機(jī)的余隙長(zhǎng)度按11 mm計(jì)，沖程為320 mm，且氣缸直徑處處相等，我們得到：

ε=V3/(V1-V3)×100%

= 余隙長(zhǎng)度/沖程×100%

=11/320×100%

=3.44%

1.2 原工況容積系數(shù)λ0

壓縮機(jī)一個(gè)循環(huán)吸入氣體的體積(V1-V4)與活塞一次掃過的體積(V1-V3)之比稱為容積系數(shù)，用λ0表示，再將V4=V3·(p2/p1)1/m代入容積系數(shù)式，整理即可得到容積系數(shù)與余隙系數(shù)之間的關(guān)系為

λ0= 1-ε[(p2/p1)1/m-1]

式中：m——多變壓縮指數(shù)。

那么我們將現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝參數(shù)代入上式，即可得到原工況下容積系數(shù)λ0

λ0=1-ε[(p2/p1)1/m-1]= 0.910

1.4 排氣量增加值ΔVh

根據(jù)以上計(jì)算，我們得到排氣量影響大小：

那么：ΔVh= 1.03×5 100 -5 100=153 m3/h

即單臺(tái)機(jī)排氣量增加值約為153 m3/h，增量為3%。

2 實(shí)施方案

在二段入口緩沖器前添加一個(gè)小型水冷器，設(shè)備安裝位置示意圖如2所示，圖中新水冷器為添加新設(shè)備。冷卻介質(zhì)采用公司一次水(溫度約19 ℃，壓力為0.08 MPa)，經(jīng)冷卻器后直接給尿素循環(huán)水崗位補(bǔ)水。

圖2 新水冷器添加示意圖

利用4#壓縮機(jī)單體大修時(shí)機(jī)，在壓縮機(jī)二段入口緩沖器前、中間水冷器后區(qū)域增加一臺(tái)直管式水冷器，換熱面積為45 m2，換熱方式采用間壁式逆流換熱。項(xiàng)目實(shí)施后，二段入口溫度由原來的34 ℃降至24 ℃。數(shù)據(jù)顯示，單臺(tái)機(jī)每小時(shí)增加了151 m3的排氣量，提高近3%，可有效解決高負(fù)荷生產(chǎn)條件下壓縮機(jī)排氣量不能滿足要求的現(xiàn)狀。

3 改造前后對(duì)比

在壓縮機(jī)一段入口前添加水冷器，根據(jù)蓋·呂薩克定律，在氣體壓力不變的情況下，其體積和絕對(duì)溫度成正比，壓縮機(jī)氣缸的容積恒定不變，進(jìn)氣溫度的降低，必然帶來氣體密度的增大，即提高了壓縮機(jī)的排氣量。

通過簡(jiǎn)單計(jì)算得到，一段入口溫度降低10 ℃(從35 ℃降至25 ℃)，大型水冷器的換熱面積需要400 m2，此時(shí)4臺(tái)壓縮機(jī)排氣量增加值為688 m3/h。若將4臺(tái)機(jī)二段入口緩沖器前全部添加上述小型水冷器，增加的排氣量約為612 m3/h(理論值)。兩種改造方案對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1 一段入口前和二段入口前添加水冷器對(duì)比

從表1可以看出：在一段入口前和在二段入口緩沖器前添加水冷器提高排氣量效果相差不大，但在一段入口前添加水冷器在換熱面積、設(shè)備費(fèi)用投入、占用空間、冷卻水消耗和動(dòng)力消耗等方面都比在二段入口緩沖器前添加大得多，所以在二段入口緩沖器前添加水冷器優(yōu)勢(shì)更為明顯。

4 小結(jié)

①通過理論分析與計(jì)算以及現(xiàn)場(chǎng)改造的實(shí)施，得到在二段入口緩沖器前添加小型水冷器可顯著提高壓縮機(jī)排氣量，二段入口溫度下降10 ℃時(shí)，壓縮機(jī)排氣量增加約3%，可有效緩解現(xiàn)有排氣量不能滿足生產(chǎn)擴(kuò)大需求的矛盾。②在二段入口緩沖器前添加水冷器，換熱面積小，設(shè)備費(fèi)用投入低，施工方便，占用空間小，冷卻水、動(dòng)力消耗少，較傳統(tǒng)改造方法(在一段入口前添加水冷器)更好。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)4#壓縮機(jī)改造效果，若將4臺(tái)壓縮機(jī)二段入口緩沖器前全部添加小型水冷器，實(shí)際總排氣量可從20 400 m3/h增加至21 004 m3/h，增長(zhǎng)率約3%。每年按照330天運(yùn)轉(zhuǎn)，那么每年壓縮機(jī)增加的氣量為：4.78×106m3。

相當(dāng)于全年多產(chǎn)8 702 t尿素，而4套設(shè)備費(fèi)用投入僅20萬元左右，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。

2014-01-21

位 朋(1987-)，男，碩士，從事化工設(shè)備管理工作，電話：15090059784。

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