4M型活塞机四缸改两缸在安钢的应用

刘文军 王庆丰 王 浩 赵付平 于海顺

（安阳钢铁股份有限公司）

0 前言

动力厂3#煤气加压站于2013年10月开始投产，主要肩负着给冷轧厂焦煤用户提供高质量焦炉煤气的任务。从焦化过来的焦炉煤气通过机前过滤罐过滤后，根据冷轧用户使用要求经过加压机加压后输送至冷轧厂用户。全站设4M40-420/0.06-3 型焦炉煤气往复活塞式压缩机4台，运行方式为开3备1，设计出站压力0.3 MPa，每台流量25 200 m3/h。冷轧生产线由于各种原因产能未能全部释放，煤气用量仅有12 000 m3/h左右，开一台活塞机就可满足生产需要，且有一半的流量白白浪费。如果将活塞机四缸运行改为两缸运行，是否能满足生产，节能降耗情况如何，笔者就此问题进行分析。

1 概况

1.1 工艺概况

3#煤气加压站主要是将焦化厂净化后的煤气通过机前过滤罐过滤后，经过活塞机加压到300 kPa，经冷却器冷却后外供冷轧使用。焦炉煤气的主要成分见表1。3#煤气加压站工艺流程如图1 所示。

表1 焦炉煤气组分（标准状态下干煤气）

1.2 设备概况

1.2.1 过滤器

焦炉煤气在进入活塞机前，要经过过滤器进一步过滤掉焦油等杂质后再进入DN1400机前进气母管，依次经机前电动蝶阀、眼睛阀进入压缩机。每台过滤器内部设置可拆卸的13个滤筒，过滤面积为91.84㎡，滤芯材质为316 L，采用内部通蒸汽向外吹扫，有效降低了煤气中的焦油、灰尘含量，焦炉煤气杂质成分：硫化氢200 mg/m3,焦油含量：50 mg/m3，萘含量：150 mg/m3。过滤器主要参数见表2。

图1 3#煤气加压站主煤气流程工艺

1.2.2 活塞机

活塞机为4M40-420/0.06-3 型焦炉煤气往复活塞式压缩机，M式对动平衡型、四缸一级压缩、气缸水冷、压力循环润滑、电机拖动，各列气缸水平布置并分布在曲轴两侧，具有动平衡性好、操作检修方便等优点。该机型吸收了国内外压缩机领域的先进技术，采用API618及有关标准，机身材料为优质灰铸铁HT250，上部开口框架。活塞机主要参数见表3。活塞机加压工艺如图2所示。

表2 过滤器主要参数

表3 活塞机主要参数

图2 活塞机加压工艺

2 问题及分析

3#加压站活塞机将本部焦炉煤气通过地埋长输管道供至冷轧厂区，供锅炉等设备使用。由于单台活塞机外供量达25 200 m3/h，而用户仅能消耗12 000 m3/h，为保证管网压力正常，只能打开回流阀调节流量，容易造成活塞机反复做功，浪费能耗，同时对活塞机的安全运行造成了影响。由于活塞机四缸运行，检修时需对四个缸分别检修，备件消耗大，检修时间长，维修工作强度大。

2.1 功率损耗大

活塞机单台供气量达25 200 m3/h，而用户仅能消耗12 000 m3/h，开一台机就能满足生产需要，能源消耗大。活塞机配套电机主要参数见表4。

表4 增安型高压异步电动机主要参数

根据公式：

活塞机实际运行时电流见表5。

表5 2019年1～10月份活塞机运行电流

月平均 131

通过对活塞机电机电流的统计，得出活塞机实际每小时耗电量为1 588.2 度/小时。每度电按0.5 元算，每年电费695.6万元。

2.2 检修工期长，人工费用高

活塞机为4M40-420/0.06-3 型往复活塞式压缩机，M式对动平衡型、四缸一级压缩、气缸水冷、压力循环润滑，具有高压力、大流量特点，其机械部分易损件多，机器结构复杂，检修施工难度大，现场安装、拆洗、装配工作量大，检修工期长。活塞机检修时长统计见表6。

从表6可以看出，每台活塞机的平均检修时间约为59 天，最长检修时间达到了81 天，按平均检修59 天，检修人员6 人，每人每天按500 元工资核算，则每次检修一台活塞机所需人工费用为59×6×500=177 000 元。

2.3 备件消耗高

活塞机检修消耗备件主要有轴瓦、连杆、活塞、活塞环、填料、刮油环、支撑环、进气阀、排气阀等，其中进气阀、排气阀故障是常见故障，每台活塞机四个缸，每个缸有16套进气阀和16套排气阀，每台活塞机共有64套进气阀和64套排气阀，因此，进气阀、排气阀的消耗数量也比其他备件消耗多。检修消耗进气阀、排气阀数量统计见表7。

表6 活塞机检修时长统计

表7 检修消耗进气阀、排气阀数量统计

从表7可以看出，每次检修所需更换的进、排气阀分别为35套和32套，2021年进排气阀的采购价格分别是2 100元和1 865 元，则每次检修消耗进排气阀费用为：2 100×35+1 865×32=13.3 万元。

3 应对措施

4M40-420/0.06-3 型焦炉煤气往复活塞式压缩机，布局结构是四缸一级压缩，M式对动平衡型，各列气缸水平布置并分布在曲轴两侧，在不改变原机组主要技术指标，即进气温度、进气压力、排气压力，气量能够满足生产的条件下，将活塞机后侧对称一对活塞缸拆除，变成两缸一级压缩。2019年11月至2020年9月，先后将2#、4#、1#活塞机改为两缸一级压缩，改造完成后每台流量12 600 m3/h，升压0.3 MPa，能够满足冷轧生产用量12 000 m3/h的要求。

4 效果

1#、2#、4#活塞机改造后，通过近一年的观察，活塞机的运行周期和改造前没有明显变化，平均约35天左右，压力和流量也能满足生产，但备件消耗，检修时间，维修工作强度等指标都比改造前有了很大改善。

4.1 功率损耗大大降低

活塞机改为两缸运行后，电机电流大大降低，节电效果明显，实际运行时电流见表8。

表8 2020年10月—2021年7月活塞机两缸运行电流

图3 活塞机结构

从表8可以看出，得出活塞机实际每小时耗电量为1 127.5度/小时，每年电费为493.8 万元，每年节约电费201.8 万元，节电效果明显。

4.2 检修工期缩短，人工费用降低

活塞机改为两缸运行后，由于减少了两个活塞缸的检修工作，检修工作量减少了将近一半，检修工期也大大缩短，从而降低了检修人工费用。对活塞机改造后的检修时间进行统计，结果见表9。

表9 活塞机改造后检修时长统计

从表9可以看出，改造后每台活塞机平均检修时间约为18 天，按检修人员6 人，每人每天按500 元工资核算，则每次检修一台活塞机所需人工费用为5 4000 元。每台活塞机检修人工费比改造前减少12.3 万元。

4.3 备件消耗降低

活塞机改造后，每台活塞机2个缸，每个缸有16套进气阀和16套排气阀，每台活塞机共有32套进气阀和32套排气阀，数量比改造前减少了一半。因此，进气阀、排气阀的消耗也相应减少。改造后检修消耗进气阀、排气阀数量统计见表10。

表10 改造后检修消耗进气阀、排气阀数量统计

从表10可以看出，活塞机改造后检修所需更换的进、排气阀分别为12套和13套，2021年进排气阀的采购价格分别是2 100 元和1 865 元，则每次检修消耗进排气阀费用为4.9 万元。和改造前相比，每次检修可节约进排气阀备件费为8.4 万元。

5 结语

2019年11月以来，通过对1#、2#、4#活塞机四缸改两缸的改造运行观察分析，4M型活塞机改四缸改两缸运行是可行的，活塞机两缸运行，改造简单，当工矿改变时，也可迅速恢复四缸运行。不仅满足了冷轧生产需要，还在节能降耗、降低备件费用，减少检修时间、节约人工成本等方面取得了不错成绩，为公司的提质增效、生产顺行提供了保障。