浅析烧碱装置喷油螺杆空压机的应用及选型

史晓燕

（中国成达工程有限公司，四川成都610041）

浅析烧碱装置喷油螺杆空压机的应用及选型

史晓燕

（中国成达工程有限公司，四川成都610041）

螺杆空压机因其具有结构紧凑、外形美观、振动小、效率高、排气压力稳定、能耗小、噪声低和使用寿命长等特点，在化工行业得到了愈来愈广泛的应用。因烧碱装置压缩空气用户允许微量油存在，且因喷油螺杆空压机较无油螺杆空压机单级压比高、价格低等优势而使其应用较为普遍。介绍了喷油螺杆空压机在烧碱装置中的应用，并对其选型及主要技术参数比较进行了分析总结，以此作为今后类似选型设计工作的参考。

喷油螺杆空压机；烧碱装置；应用；选型

1　引言

空压机是工业现代化的基础产品，用于提供气源动力，是气动系统的核心设备，是压缩空气的气压发生装置。化工行业的烧碱装置中，通常会采用空压机，用空气压缩的办法制得合格的空气，部分空气以一定压力，一定油含量、水含量等指标进入空气储气罐，部分去工艺压缩空气管道，部分则经再生干燥后供仪表及特殊要求的工艺管线吹扫用，亦有部分通过制氮系统后制得合格氮气供各用户使用。

2　空压机的型式比较及螺杆空压机在烧碱装置中的应用

空压机主要有活塞式、螺杆式和离心式等类型。活塞空压机排气压力不够稳定，排气温度高；产热量、排油量较多，影响环境；有一定振动，噪声、占地面积较大［1］；电机功率偏大；且带底座，需用地脚螺栓固定在基础上；检修工作量大，维修费用高。另外，活塞空压机经使用一段时间后，会因磨损造成泄漏从而使排气量降低，如选型时裕量考虑不够，会造成实际运行期间气量不足，影响生产效率，有时可能还需增加小排气量空压机满足工艺需要，从而造成额外投资。

离心空压机适用于安装容量大的空压站。因转速高，故不宜频繁启停；现场安装工作量大，投资费用高，对于目前常见的单条线20万t/a年烧碱装置，如采用离心空压机，则通常只需一台，操作不是很灵活，而且离心空压机的价格也偏高，除非用户有特殊要求，通常较少建议采用。

螺杆空压机则适用于中低压范围，具有运行较平稳、结构紧凑、振动小、噪声低、效率高，排气压力稳定，且易损件少等优点，比较适合工厂现场使用。另外，螺杆空压机可靠性较高，操作维护方便，动平衡性能好。

螺杆空压机又分为无油螺杆空压机和喷油螺杆空压机。无油螺杆空压机提供完全无油的压缩空气，单级压比低，一般＜3，系统结构简单，无油气分离装置，制造精度高，制造成本高，运行成本低；喷油螺杆空压机提供的压缩空气含微量的油，单级压比高，系统结构复杂，需配置油气分离装置，制造精度较低，制造成本低，运行成本高，需定期更换油分滤芯、压缩机油等［2］。因烧碱装置压缩空气允许微量油存在，且喷油螺杆空压机的价格远低于无油螺杆空压机，故烧碱装置中喷油螺杆空压机（下文中提及的“螺杆空压机”除特别指明外，均系指喷油螺杆空压机）应用较为广泛。烧碱装置的螺杆空压机常见使用压力一般为0.7～1.25 MPa（G）；因喷油内冷却，近似于等温压缩，级压力比可达8～10甚至20，而排气温度可以不超过110℃。

3　螺杆空压机的选型及方案比较

项目的详细设计阶段，需确认螺杆空压机的各项主要工艺性能参数，进行初步选型后提出相关询价文件；设备采购阶段，需针对不同厂家提出的报价方案，详细地进行客观分析比较，在满足工艺性能要求的前提下，提出性价比最优的方案。合适的选型，对用户和空压机设备本身都有益处，选型过大浪费，选型过小可能造成空压机长期处于加载状态、用气量不够、压力不足等弊端。

现主要从以下几方面对烧碱装置螺杆空压机的选型及技术方案比较给出简要的分析，供今后类似选型设计工作的参考。

3.1主要供货范围

螺杆空压机组，至少应包括螺杆空压机、驱动机、空气滤清器、消声器，主要排气口止回阀、安全阀、流量自动调节装置、全流量油过滤器、油气分离器、油冷器、气水分离器、冷却器、微电脑监视器、隔音罩等。如有需要，可能还需依据用气质量选用并配置不同形式与等级的干燥器与精密过滤器等后续设备。

3.2压缩空气的品质

压缩空气的品质主要体现在含水量、含尘量和含油量。在空压机行业中，压缩空气的含水量通常用压力露点（℃）来表示；含尘量则用尘埃粒径（μm）和浓度（mg/m3）表示；含油量用单位体积压缩空气含油质量多少（×106）表示。目前大多数国内外空压机厂家基本都可将含尘量控制在3 mg/m3以下，含油量控制在3×106以下（部分厂家可控制在2×106以下）。

3.3气量调节方式

为使空压机的排气量与用户用气量达到平衡，需要实现空压机的气量调节功能。空压机的气量调节方式主要有以下几种：进气节流、加卸载、变频调节方式等。

进气节流调节时会使排气量减少但功率不会下降，有时甚至反而增加，还会使排气温度升高，节能效果并不理想，故通常不推荐采用。

加卸载调节，调节机构简单，卸载时功率可大为降低，经济性很好，常被螺杆空压机生产厂家采用。

变频调节，通过改变电机转速实现调节气量的目的。普通的变频电机调节方式，在一定的容积流量范围（60%～100%）内，有很好的经济性；但转速过低，泄漏增加，效率降低。目前日渐流行的控制方式为永磁同步电机+专用变频驱动器的控制方式，变速范围大；在整个变速范围，电机的效率及功率因素几乎不变；可无限制地启停，不会造成电机温升增高，电流增大；电机冷却效果和运行可靠性好。当转速降低，气量减少时，还可以实现喷油量的调节，使流动损失更小，更节能，但目前还仅限于200 kW以下的电机，还有待进一步研究开发。

以上气量调节方式中，变频调节方式在节能效果方面明显优于其它2种调节方式，广泛采用变频调节方式将会成为一种必然的趋势；但就目前而言，因变频调节方式的初次投资费用偏高，通常无论从用户资金考虑还是空压机生产厂家投标角度而言，都不会优先考虑和推荐使用。故目前烧碱装置中的应用较多的是加卸载调节方式，气量调节范围为60%～100%。当然，从用户角度而言，可根据自身实际情况综合考虑后选取。

3.4气量核算

换算实际进气量时，除考虑压力、温度对进气量的影响，还需考虑相对湿度带来的影响。对于相对湿度较高的地区，相对湿度越高，则进气量也越高。如果用国家标准衡量公称容积流量时，则需特别注意标准JB/T6430-2002中螺杆空压机的规定工况（吸气压力0.1 MPa（A），吸气温度20℃，吸气相对湿度0，水冷螺杆式空压机冷却水进水温度15℃，风冷螺杆空压机冷却空气温度为吸气温度20℃时相应所处的环境温度）［3］。

3.5冷却方式

通常螺杆空压机的冷却方式有风冷与水冷2种，风冷设计简便，使用时无需水源，但必须有良好的通风：水冷是运转温度不受环境的影响，有利于空压机的寿命，但如在寒冷的地区则需注意到可能带来的结冰爆裂与阻塞的问题。

如果现场本身无冷却水，则必须选择风冷式。如果现场有冷却水，则可权衡水冷和风冷的利弊后作出选择。对于大功率（300 kW以上或450 kW以上）的螺杆空压机，通常都只建议采用水冷；中小功率的螺杆空压机，建议采用水冷/空冷；也有些厂家对于30 kW以下的，只建议采用空冷。

3.6电机额定功率的确定

电机要优先选用高效节能型。电机的运行条件（最终用户处的环境温度、电压、电源频率、电源相位平衡、功率因素、海拔高度等）与电机的实际输出功率相关联；确定是否考虑或选取合理的服务系数时，应充分考虑这些因素，给电机的功率留有一定的余量，保证机器高效、节能、安全、可靠地运行。目前国内外空压机行业比较普遍的做法是考虑一定的电机服务系数（SF1.1，SF1.15）。如果用户特别指明要求采用API标准产品，则按照API619-2002，电机的额定功率至少应为最大需求功率（包括齿轮和联轴器的传动损失）的110%（注：110%适用于项目的设计阶段。测试后的裕量可能会应被驱动设备存在性能允差而不再是110%）［4］。另外，如果各厂家选择电机额定功率都一致，还需比较空压机轴功率的大小。

关于空压机与电动机的匹配，已有文章［5］作了详细的计算说明，并提出了几种不同的匹配方式，设计选型时可自行参照，此处不再赘述。

3.7比功率

机组输入比功率是指在规定工况下，空压机组的输入功率与空压机实际容积流量之比值（kW/（m3/min）），是评价压缩机能效的重要指标。GB19153-2009［6］已明确了能效等级，实际应用中，应优先选用能效等级高的空压机。达到三级能效的空压机均可根据型号在中国能效标识网查找到能效等级以及比功率的大小。现在有不少厂家能达到二级能效。

4　结语

本文简要说明了螺杆空压机在化工行业烧碱装置中的应用，并对选型应考虑的主要因素给予了简要分析比较，以此作为今后类似选型设计工作的参考。设计选型时应尽可能综合考虑相关技术参数后选取合适型号的螺杆空压机，这对用户和机器本身都显得尤为关键。当然，除了选取合适型号的空压机，为了使空压机能够正常可靠地运行，平时的维护保养也尤为关键。保证机组的使用寿命，需制定详细的维护计划，执行定人操作、定期维护、定期检查保养，使空压机组保持清洁、无油、无污垢。

［1］张伟.空压机选型分析［J］.压缩机技术，2013，（3）：49-52.

［2］徐树风.无油螺杆压缩机与喷油螺杆压缩机的选用原则［J］.压缩机技术，2008，（3）：18-20.

［3］JB/T 6430.一般用喷油螺杆空气压缩机［S］.2002.

［4］ANSI/API STANDARD 619.Rotary-type Positive Displacement Compressors for Petroleum，Petrochemical and Natural Gas Industries［S］.FIFTH EDITION，DECEMBER，2010.

［5］谭强，等.螺杆空压机轴功率系数工程计算及应用研究［J］.压缩机技术，2014，（4）：1-5.

［6］GB19153.容积式空气压缩机能效限定值及能效等级［S］. 2009.

Analysis of Application and Type Selection on Oil Injected Screw Air Compressor in Caustic Soda Plant

SHI Xiao-yan
（China Chengda Engineering Co.，Ltd.，Chengdu 610041，China）

Screw air compressor has been more and more widely applied in chemical industries owe to compact configuration，comfort appearance，low vibration，high efficiency，stable discharge pressure，low energy consumption，low noise and long service life etc. Compared with oil-free screw air compressor，oil injected screw air compressor has been popularly used in caustic soda plant as a result of allowable micro oil in compressed air，high single-stage pressure ratio，low price and such advantages like that.The paper is aimed at brief introduction the application of oil injected screw air compressor in caustic soda plant and analysis as well as summary of type selection and key technical parameters comparison，which can be regarded as the reference during coming design and type selection in similar situations.

oil injected screw air compressor；caustic soda plant；application；type selection

TH455

B

1006-2971（2015）05-0051-03

史晓燕（1981-），女，工程师，山西晋中人，四川大学工学硕士，现就职于中国成达工程有限公司，主要从事动设备的设计选型等工作。E-mail：shixiaoyan@chengda.com

2015-03-11