裂解气压缩机的结构设计

郭飞虎

(沈阳鼓风机集团有限公司,辽宁沈阳 110142)

裂解气压缩机的结构设计

郭飞虎

(沈阳鼓风机集团有限公司,辽宁沈阳 110142)

某石化公司新建一套45万T/a乙烯装置,于2007年启动。后经沈鼓集团多方努力和技术论证,最终实现了乙烯、丙烯和裂解气的全部国产化。裂解气压缩机就是在这种情况下研制出来的。介绍某石化公司45万吨/年乙烯项目裂解气压缩机的结构特点、设计参数;并对设计过程中转子叶轮强度等问题进行分析;并按照相关标准进行工厂检验。

裂解气压缩机 机械运转

1 机组的结构特点与技术参数

1.1 压缩机的结构特点

裂解气压缩机为水平剖分单轴双支撑多级结构。压缩机采用3缸5段式压缩，其中低压缸采用双进气、背靠背布置，中压缸和高压缸均为两段背靠背布置。

1.2 压缩机的主要技术参数

该压缩机各运行工况参数见表1所示:

2 压缩机的结构设计

裂解气的介质组成非常复杂，各段之间组分的变化较大。由于级数的增加，使压缩机稳定工况范围变窄，尤其是最后几级流道，对运行工况范围有很大影响[1]。因此在压缩机气动方案的选择上重点考虑在工况变化的情况下具有较宽的运行范围，同时在此范围内具有较高的效率。转子是透平式压缩机的关键，压缩机的结构设计是在转子动力学及叶轮应力合格的前提下进行的。根据裂解气的介质特点，选取的适当的材料。裂解气中含有一定的硫化氢、水及CO2，在NACE-MR0175中对此有严格要求[2]。针对介质特点叶轮选用FV520B-S材料，首先用SolidWorks进行叶轮实体建模，然后对其网格划分。叶轮应力分析的具体分析步骤为:首先计算叶轮静应力，判断是否有明显的结构缺陷;如果存在明显的缺陷，应对原有结果进行优化。分析结果见图1、图2所示，最大应力点位于叶轮入口叶片与轴盘连接处:

表1 压缩机数据参数

图1 叶轮应力分布图

图2 叶轮应力放大图

计算结果显示，首级叶轮结构最大应力为1542MPa，小于材料的屈服强度的2倍[3]。因此需对原有结构进行优化，经优化后的叶轮的应力分析合格。

3 压缩机的工厂试验

压缩机在生产完毕后，在制造厂内的进行的试验主要包括:水压试验、超速试验、机械运转试验等。下面具体介绍水压试验及机械运转试验。

3.1 水压试验

水压试验的目的是检查机壳的严密性，以及在规定的试验压力下检查机壳是否的强度是否满足实际运转需要。压缩机水压试验时按照最高工作压力的1.5倍进行。为保证螺栓的紧固效果，缸体全部采用液压拉伸器进行紧固。针对压力最高的高压缸螺栓拉伸力为3193kN，并在下机壳中分面加工密封槽，用聚四氟乙烯胶带填充，最终保证机壳在30分钟内无泄漏，水压试验合格。

3.2 机械运转试验

压缩机的机械运转试验是根据厂内现有运转试验台条件，布置试验装置，对压缩机的振动、位移、轴承温度等参数进行监测，并对采集数据加以分析，模拟在用户现场的运行状况。试验结果显示，压缩机轴承瓦块温度值小于95℃，进出润滑油温差小于25℃，轴承处振动值小于20μ，轴向位移小于0.5mm。制造厂压缩机机械运转试验一次通过。

4 结语

本文通过对某石化公司45万吨/年乙烯装置裂解气压缩机结构的设计，阐述了国产化大型压缩机结构设计的思路。在过程中总结近年来的大型离心压缩机设计的成功经验，尤其是大流量高效三元叶轮的应用，使机组的效率得到保证。该裂解气压缩机2008年出厂至用户现场投入运转，至2012年8月停机检修以来，机组运行各项指标良好。

[1]徐忠.离心压缩机原理[M].北京:机械工业出版社,1990.

[2]NACE MR0175-2003. Petroleum and natural gas industries Materials for use in H2S-containing Environments in oil and gas production[S]. National Association of Corrosion Engineer, 2003.

[3]关振群,宋洋,杨树华,等.离心压缩机叶轮静强度分析方法[J].大连理工大学学报,2011(2):157-162.