3VRZ250/430G型氯气压缩机的性能与应用

苗春雷，史建胜，徐文何

（沈阳化工股份有限公司，辽宁 沈阳 110000）

沈阳化工股份有限公司于2015年搬迁改造后，引进了西门子透平机机械设备有限公司生产的离心式氯气压缩机，压缩机型号：3VRZ 250/430G，压缩机的外壳采用单轴多级水平分解设计。采用有3个气室的双迷宫密封，用干燥氮气或仪表风作为缓冲气。内部的各个气室有压力补偿并连接到吸气侧。通过调节阀门可以来调整缓冲气的压力。中间的气室将缓冲气与处理气体的混合气排到废气处理。该压缩机还采用了进口可调导叶及其自动调解系统，因为这种方法符合“高效、经济、节能”的要求。使用进口可调导叶在正常运行工况下可减少压缩机进口流量，从而节省功耗。

1 机组的主要性能参数

工作介质：干氯气；压缩机自身氯气流量：22 343 kg/h；实际入口体积流量：7 790 m3/h；入口压力：0.104 8 MPa；入口温度：40℃；末级排气压力：0.355 MPa；转子速度：8 698 r/min；压缩机轴耗功：423 kW。

2 主要结构及工作原理

2.1 主要结构

西门子3VRZ 250/430G结构设计：外壳、引导轮、气封、填料环、衬垫被水平地分开。移除外壳的上部就可以看到由3个叶轮和轴组成的转子。在一级叶轮前面有1个初步引导设备，可以限制调整输送量。1个密封可调的驱动器位于外壳上，可用于调整。各个初级导叶的度数设置可以从刻度表上看出。一级到三级的引导轮被制成螺旋形和弹簧垫圈分置在外壳中。由于没有平衡活塞且存在泄漏减量，三级的反向结构会带来结构长度上的缩短。各个分开的阶段彼此通过安装在引导轮上的半透明密封隔绝。吸入扣方向和压出扣方向的轴套密封是由3部分气封实现的，内部气封室相互之间通过平衡管线相连，同时还与内置设备相连。这样在入口和出口就达到了压力平衡，同时气封得到缓解。气封的外气室通过一条充入密封气体的管线相连接。通过充入干气体来保持气封密闭可以防止泄漏介质被泵从压缩机抽至机身。密封气体和氯气的混合物通过中心气封室被移除，这可以将密封气体输送走而防止密封气体进入介质。

（1）转子

转子由1个热锻轴和3个由优质钢制作而成、烧嵌在轴中的叶轮组成。叶轮在完成处理后焊接在特殊的装置上进行超速测试。转子在运行状态时动态平衡，这样压缩机就可以实现低振动运转。气体由于受旋转离心力的作用，以及在叶轮里的扩压流动，使气体通过叶轮后的压力得到了提高，气体的功能也同样在叶轮里得到了提高。因此，叶轮是将机械能传给气体，以提高气体的压力和速度的作功部件。

（2）外壳

外壳的主要作用是把扩压器后面的气体汇集起来并引出压缩机。此外，在外壳出口处，气流速度还有一定数值，故设置1个锥行排气管，也像扩压器一样，是气流起到一定的降速扩压作用。

（3）导轮和迷宫密封

引导轮、气封、填料环、衬垫是由灰铸铁打造，迷宫由不锈钢组成。密封填料在嵌缝带作用下填到基体中。迷宫是根据在测试表中指定的间隙刮出的。鉴于氯气的特殊性，采用性能可靠的三腔迷宫式密封。这种密封为非磨擦式，不会产生过热。需要密封气体35 Nm3/h（包含有主机前后密封气17×2 Nm3/h，油箱和齿轮箱轴承密封气12 Nm3/h）和内部密封室的压力差0.025 Bar。

（4）压缩机的轴承布局

转子装配有2个带强制润滑的径向轴承。内表面和径向轴承的外径一定不能被破坏或者改变。轴承外壳由GG-25组成。径向轴承由钢铸成，淬有SnSb12Cu6ZnAg轴承金属。在轴承支架内的深槽销钉的作用下轴承外壳保持不变型，并且与其轴承支架紧密相连。必须严格保持轴承外壳和轴承支架充分地锁定在一起。但是，不能造成变形。为了达到紧密连接，原始安装间隙需要限制在0.5 mm内。转子的轴向推力由一个双向压缩机的推力轴承提供，该双向压缩机的径向轴承同样由钢和SnSb12Cu6ZnAg轴承金属制成。一般来说，在吸入方向上的轴向推力会使转子和径向轴承紧贴。在开车或停车过程中的非满负荷操作和非额定压力状况下的操作会造成轴向推力的暂时改变。为了解决这种情况，轴承在相反方向上也配有2个径向轴承。润滑油的用量必须考虑以下2点，由轴承产生的热量能够被带走，且油层的厚度能够充分润滑接触面。润滑油的供给量可以通过进油管的屏幕进行调节。轴承的温度监控由倾斜部件上的热导温度计实现的。

2.2 工作原理

3VRZ 250/430G型氯气压缩机是离心式压缩机，是通过高速旋转的叶轮运动产生离心力以提高气体的压力，原理与离心泵相似。由于压缩比较高，压缩机分为几段压缩，每段之间设有中间冷却器，以使升温后的压缩气体降温。氯气压缩机工作简图见图1。

图1 氯气压缩机工作简图

氯气压缩机分为氯气系统，润滑系统，干燥空气系统和仪表控制系统。

（1）氯气压缩机的氯气系统

氯气系统包括离心式氯气压缩机、氯气冷却器及系统管道、阀门等管件组成。主要任务是保证安全的输送氯气及流量的调节。包括转子、扩压器、吸气室、外壳、密封件、轴承、机架组成。

（2）氯气压缩机润滑系统

该机组的润滑部位为压缩机的2个径向轴承和1个轴向止退轴承及增速器的齿轮和各个轴承，由于转子转速高达8 885 r/min，所以润滑是关键。主要设备包括油箱、油泵、油冷却器、滤油器等设备组成。

（3）空气密封系统

离心式压缩机必须使用含湿低于50×10-6的空气进行密封，密封的部位为轴承，通过密封后的空气排往氯气吸收装置吸收氯气。

3 实际使用及问题分析

该公司氯气的压缩过程是通过酸捕沫器过滤后的干燥氯气进入氯气压缩机，压缩到0.20~0.24 MPa。氯气压缩机入口管设有从压缩机出口回流部分气体的旁路管，在自动控制的可调导叶阀和防喘回流调节阀的控制下，控制氯气压缩机系统吸入口的压力稳定和防喘振。同时为了保证电解和氯气洗涤冷却干燥系统的氯气总管压力稳定，在压力的控制下从氯气压缩机出口再引一股氯气回流到压缩机入口。氯气压缩系统设有段间冷却器，用循环冷却水及冷冻水冷却压缩后的氯气，以保证出压缩机系统的氯气温度不大于45℃。经压缩并冷却到约45℃氯气经氯气分配台大部分送往氯化氢及盐酸工序生产盐酸，多余氯气送到液氯工序液化，通过自动阀来控制氯气分配台压力，以保证系统平稳运行。冷却压缩氯气的循环回水要求无压力，因此由冷却回水池收集，然后用冷却回水泵送回冷却水系统。

氯压机运行三年以来，一直比较平稳，没有较大检修。运行良好主要有以下几个因素：

（1）氯气含水条件应满足要求

进入氯压机的氯气含水要求在480×10-6以下，含水量过大会与氯气结合变成氯水腐蚀氯压机内部结构。这个条件必须达到，所以采用干燥装置都是国内比较先进的装置，填料干燥塔与泡罩干燥塔进行串连，严格操作，进行DCS控制，对干燥塔的温度、浓度、压力等多个指标进行控制，保证送出的氯气水分合格。另外，氯气在进入氯压机前，有段管路在室外，约四五十米，夏天温度高，易产生凝水与氯气结合，及时发现这一问题，多氯气管件进行了保冷措施。最后在氯压机入口有1个自动水分仪对氯气水含量检测并带有连锁，一旦水分超标，氯压机会自动跳停保护。

（2）密封氮气去杂质

该公司使用氮气进行氯气密封，运行中发现进入氯压机密封的氮气中含有杂质，含碳较多，堵塞密封，造成密封流量多次降低，降低近联锁点，经公司协调，将来的氮气加套除碳设备，去除氮气中的碳含量，又在氯压机进氮气入口加套过滤器，并将密封、管路进行了吹扫，保证氮气纯度。

（3）电机注油要严格要求

运行中应严格按规定给电机注油，因为一次注油没有按照固定油量，校油过多，造成轴承温度高产生联锁停车。所以以后每次校油都严格按照规定执行。

（4）冷却器水温达标

氯气2个冷却器用的是循环水，循环水夏天的温度是30℃左右，这样造成氯气冷却后的温度超标，温度接近联锁点，所以夏天把循环水改为冷冻的低温水，解决这一问题。

（5）防止喘振

目前，接触到的氯压机发生喘振一般有3种情况，压缩机入口压力过低；氯气纯度过低；压缩机出口压力过高；对应的3种措施：打开本机回流阀及旁路手阀，联系调度降低生产负荷；检查真空脱氯系统及氮气密封是否有空气或氮气窜入；联系该公司调度提高用户的耗用氯气量。

4 结语

3VRZ 250/430G型压缩机属关键精密设备，具有运转平稳，故障率低，机组外型尺寸小，重量轻，占地面积少，投资省，运转周期长，维修工作量小，调节性能好，自动化程度较高，不需要备用机组等优点；但也因为自动化程度较高，联锁复杂，所以对人员的操作水平也相应提高，要对操作人员严格培训，对压缩机的各项指标严格监控，稍有不慎便会引起巨大的损失，影响整套装置的生产。经过不断的摸索和改进，运转率和稳定性都有了显著提高。