工艺用压缩机节能技术研究

张玉琪，许贤文(陕煤集团榆林化学有限责任公司，陕西 榆林 719000)

0 引言

长期以来，中国石油化工企业对于工艺用压缩机，在节能降耗方面并没有予以足够的重视，石油化工企业中的相关技术、管理人员，只单纯的重视运行中的安全性以及可靠性，缺乏对于经济层面的分析探讨。由此，提升工艺用压缩机在生产中的能力，减少运行中的经济成本消耗，是石油化工企业实现提升产能、降低生产设备能耗目标的重要手段，其中挖掘工艺用压缩机在节能方面的潜力具有至关重要的作用，也是促进石油化工企业在未来实现健康、长远的可持续发展的重要途径。

1 气阀是影响工艺用压缩机能耗的关键因素

气阀是压缩机重要组成组件，其质量以及性能会对压缩机在运行中的能耗造成直接影响，对于生产流程也会造成不同程度的影响。现阶段，气阀使用寿命较短，是石化企业亟待攻克的一个技术难题。如果这一难题得到有效解决，就可以延长石油化工领域的大型压缩机的使用寿命，在节能降耗方面也可以起到至关重要的作用。

根据化工行业生产特点，工艺用压缩机气阀在耗能所造成的影响体现在两方面：第一，气阀阻力受损会影响压缩机的功率；第二，气阀使用寿命短，给安全生产带来影响，生产设备经常出现故障，导致停车，从而对生产系统在备件、物料、人工等方面带来了不同程度的损失。

1.1 影响气阀能耗以及使用时长的原因

事实证明，气阀应用时间短，通常情况下都是因为阀片在运动时不符合规律所导致。按照具体情况，通过观察拆解下来的破损的气阀可以发现，破坏形式通常情况下都是阀簧、阀片出现断裂。而阀片出现断裂的情况，通常都是径向断裂。通过对断口裂纹的破损情况进行研究，可以断定阀片出现断裂的原因大部分都是由于撞击过于频繁所导致的。这就表明气阀中的弹簧力度设计不科学，力度不论是过大还是过小，对于阀片在运动中的规律都会造成一定程度的影响，最终对气阀在使用时长、能量损耗方面造成直接影响。因此，要想提升气阀在应用中的时长以及降低能量损耗，关键要素就是气阀的弹簧力。

(1)工艺用压缩机在运行中的实际情况通常比较复杂，普遍原因都是受到化工程序出现更改，从而发生波动，一旦不稳定工况持续时间过长，而且额定压力出现较大偏差时，一定会导致阀片运动的规律出现变化，从而致使阀片出现延迟关闭、颤振。

(2)工业用压缩机在运行中如果长期低于设计工况，气阀中的弹簧力度较大，阀片在运动中就会发生颤振。最终导致撞击的频率以及次数增加，损失急剧上升，导致使用时长降低[1]。

1.2 优化方法

根据实际工艺程序，对于气阀发生破损的原因分析发现，在造成影响的所有因素中，气阀弹簧力对于提升气阀应用时长、减少流动阻力流失是一个重要参数。由此优化的重点就是，要按照工艺用压缩机在长期运行中的实际情况，对于气阀在结构参数方面进行改进，重新针对气阀弹簧力进行确定，让阀片在运动中可以维持一个相对良好的规律，从而让气阀的使用时长得到有效延长，尽量让压缩机在运行中的稳定性得到有效增强，最终实现安全生产节能降耗的效果。

针对上述高压级别的排气阀，结合运行中的实际情况，对于结构的原本参数进行合理修正，针对气阀在弹簧力方面重新做出调节，让气阀功率在损失方面得到降低，让阀片在运动中的规律更符合科学性，也让使用时长提升2～3倍。此外，提升使用时长，延长安全运行的时间，降低故障停车带来的经济损失，可以有效节省检修以及备件过程中的费用，至少能提升高于3%的生产能力，每年节约能耗以及效率增加可以达到2%～3%，还能够在经济以及社会层面收获更好的效益[2]。

2 活塞环对耗能造成的影响

对于活塞压缩机而言，活塞环是其中一个重要部件，但易损性极高。其寿命、性能和生产系统在效益及产量方面有直接联系，会对于系统在生产顺序方面造成直接影响。因此，现阶段针对活塞环在使用寿命上进行提升，并对活塞环在摩擦特性方面进行优化以及完善，对工艺压缩机的创新而言至关重要。现阶段活塞压缩机气缸的润滑方式有油润滑、无油润滑两种方式。

在有油润滑压缩机中，铸铁活塞环是应用最多的一个材料，主要的优点是，活塞环为金属，而且应用有油润滑在摩擦层面造成的损失小，导热性能好，润滑油还能够达到密封的效果，而且还可以夹带一些活塞环与气缸之间产生摩擦，从而出现热量。缺点是压缩气体中包含润滑油压缩的介质，会受到不同程度的污染。

在无油润滑压缩机中，填充聚四氟乙烯的活塞环是应用最多的一种材质。主要优点是压缩气体不会受到空气的污染，缺点就是材质强度会受到一定的限制，泄漏量以及摩擦功率高。因此，工艺气体如果针对纯度和压力没有过高要求，尤其是对压力要求不高的，可以使用少油润滑的方法对其缺点进行弥补，就是指活塞环使用填充聚酰胺材料，通过少量润滑油进行润滑的方法。此方法就综合性而言，能够在经济性、可靠性方面收获更好的效果。

2.1 活塞环中摩擦以及机械二者之间的性能比较

针对经典活塞环普遍应用的材料，在机械能方面进行分析比对。填充聚酰胺材料的机械强度要比铸铁的材料强度高。活塞环主要承受的力度有剪切力、压力，尤其是高压机中的活塞环，因为边缘压力差异较高，活塞环应用的材料在强度方面就至关重要。因此，针对工艺用压缩机中的高压机活塞环，通常情况下会使用填充聚酰胺材料，此材料能够合理提升设备得使用寿命。

对活塞环的材料以及高压气缸应用的碳钢材料展开对磨，从而在摩擦方面对特性进行比较，在摩擦试验机器上，对活塞环以及气缸二者之间的摩擦情况进行模拟。模拟时主要包含3种方式：填充聚四氟乙烯的活塞环在碳钢气钢无油条件下进行的润滑、填充聚酰胺的活塞环在碳钢气钢应用正常润滑油料的1/2所开展的润滑、铸铁活塞环在碳钢气钢正常油量下进行的润滑。实验结果如图1所示。

图1 摩擦特性曲线对比

按照3种润滑条件，不同情况下开展的对磨，发现3种材料在摩擦方面的性能没有太大差异。但应用填充聚酰胺作为活塞环的材料，并进行少油润滑时，优势是填充聚酰胺在机械层面的强度更高、耐温性强，可以让润滑油得到合理节省。尤其是适合应用在工艺压缩机中的高压机活塞环，活塞侧边的压力差值相对较大时，就表示机械强度越好，可以让应用时长寿命得到有效增加[3]。

2.2 运行结果以及研究

在合成氨系统中，对工艺压缩机的5级、6级活塞环进行了改造。活塞环侧边压力最大差值可以达到10～14 MPa，圆柱体活塞环使用有油润滑，通常情况下会出现断裂或者破坏，使用中的时长只有3 000 h。对于活塞环质量进行更改，应用填充聚酰胺，并且在降低一半润滑油的情况下进行，可以获取更好的效果。

相较于有油润滑而言，润滑油对气体造成的污染会减小。从而让活塞环在强度方面得到合理保障，并对活塞环通常发生的损坏、破裂等问题进行合理解决。让使用时长可以提升2～3倍左右时间，超过8 000 h。现阶段，每一年仅仅是在故障停车、节约检修方面导致的经济损失，就已经超过20万元。由此针对高压级的活塞环压缩机中添加微量的润滑油，针对生产系统以及产品质量不会造成太大影响的状况下，尽最大可能应用填充聚酰胺的少油润滑方法。此方案所用到的材料性能较好，省油、省功、少泄漏，可以让应用时长得到有效提升，让产量得到增加。

3 结语

综上所述，要想让工艺用压缩机实现节能减耗，就需要根据化工生产中的实际情况，按照常见故障、压缩介质运行工况等，对运行参数进行深层次的优化以及完善，并对特殊部件在结构参数方面进行分析，从而达到降低功率损耗、延长机器运行时长、提高容易损耗部件使用寿命、节约润滑油、节水、省功等目的。降低因为故障停车、备件更换以及对生产系统造成的一系列经济损失。对润滑情况进行优化，降低泄漏现象、提升排气量，最终让产量得到提升，让生产装置在经济层面的效益得到提高。