氢气压缩机扩缸改造

季 波，魏强虎

（万华化学（宁波）有限公司，浙江 宁波 315709）

万华化学（宁波）有限公司氢气压缩机主要是将烧碱车间电解装置离子膜电解槽产出的氢气，加压输送到硝苯装置。随着硝苯装置的产能扩大，氢气的需求量不断提高，原有氢气压缩机的输送能力无法满足用户的需求。结合当前氢气压缩机的实际情况，进行氢气压缩机扩缸改造，进一步提高氢气压缩机输送氢气能力。单台氢气压缩机设计排气量8000 Nm3/h，实际运行排气量为8500 Nm3/h，两台合计17000 Nm3/h，结合现有机组实际运行情况，通过计算和各方面技术讨论，扩大氢气压缩机气缸是提高压缩机能力最直接、最有效的措施。通过改造，不仅可以避免机组长期高负荷运行、降低机组故障，同时可以避免因氢气无法压缩而放空，进一步达到节能降耗、保护环境的目的。

1 往复式压缩机主要参数及结构简述

该公司现有3台4M20-99.4/0.7-30型往复式氢气压缩机，为四列四级、对称平衡式压缩机，气缸采用无油润滑、水冷双作用的方式，在现场安装布置时进行双层布置。

1.1 主要技术参数

压缩机改造前参数见表1，气体成分见表2。

表1 压缩机改造前参数

表2 气体成分表

2 氢气压缩机改造前现状分析

（1）来自烧碱车间离子膜电解槽产出的氢气，经洗涤塔除碱、冷却后，由氢气水环泵增压输送到盐酸合成炉、氢气锅炉、氢压站。大部分氢气输送到氢压站，经氢气压缩机压缩增压后输送至硝苯装置；还有一部分氢气送入该公司盐酸装置与氯气反应合成高纯盐酸，剩余氢气送入氢气锅炉加热纯水产生蒸汽。

（2）目前该公司3台氢气压缩机，采用二开一备状态，单台满负荷运行气量为8500 Nm3/h，二台运行气量合计为17000 Nm3/h，而需要处理的氢气总量约为20000 Nm3/h。剩余的3000 Nm3/h氢气由氢气锅炉和合成盐酸使用。后期由于盐酸合成炉的节能改造，将氢气锅炉取消，由三合一盐酸副产蒸汽合成炉取代。故而原先由氢气锅炉消耗的1000 Nm3/h氢气无法经压缩机压缩输送到总部，只能放空，造成严重的浪费。

（3）结合后续又增加一台离子膜电解槽扩大产能的计划，氢气产量必定增加，对现有机组来说根本无法处理更多的氢气量，同时机组长期满负荷运行对机组的稳定运行也是不利的。

（4）目前氢气压缩机电机配置额定功率为1400 kW，现在实际使用轴功率为1100 kW，原电机选型偏大、能耗较大，通过分析，原则是在不更换原电机的情况下，发挥现有电机的最大功率，对氢气压缩机扩缸改造提升氢气的输送能力，同时也可节约费用。

3 扩缸改造方案

3.1 改造内容

（1）一级气缸缸径由Ø 860 mm变成Ø 927 mm，二级气缸缸径由Ø 600 mm变成Ø 622 mm，一级气缸增加缸套；

（2）一级和二级活塞部件及活塞杆重新设计制造（活塞杆选用42CrMoA合金钢，进行表面淬火处理，螺纹采用轧制工艺）；

（3）气缸支撑重新设计制造、与进出口缓冲器连接方变圆重新设计制造；

（4）一级、二级填料箱及气缸盖重新设计制造；

（5）一、二级进排气阀、阀盖及阀门压筒重新设计制造；

（6）二级安全阀整定值调整由0.74 MPa调整为0.81 MPa；三级安全阀整定值调整由1.573 MPa调整为1.76 MPa。

（7）循环水量增加用量：一级原冷却器为43 m3/h增加至47.1 m3/h，二级原冷却器为36 m3/h增加至39.5 m3/h，三级原冷却器为31 m3/h增加至34 m3/h，四级原冷却器为28 m3/h增加至31 m3/h，气缸冷却用水由25 m3/h增加至27.4 m3/h。

3.2 改造后装配几何精度

压缩机主要零部件装配几何精度见表3。

表3 压缩机主要零部件装配几何精度

3.3 安全附件调整

本次改造经过严密计算，除了安全阀二、三级整定压力需要微调，其他所有安全附件都不需要变化，具体调整压力见表4。

4 节能效果

该公司1号氢气压缩机扩缸改造后，通过能力测试，从DCS画面中的在线流量计数据和趋势图反映，扩缸改造后，单台氢气压缩机的压缩量由原先的8500 Nm3/h提升到9600 Nm3/h左右、最大可以达到10600 Nm3/h，符合当初设计要求。氢气压缩量达到10600 Nm3/h时，电机功率为1305 kW左右、轴功率为1233 kW左右，满足原电机额定功率1400 kW的使用条件。不仅可以避免因取消氢气锅炉而造成的氢气放空，同时为下一步公司扩大产能提前做好了准备。压缩机扩缸改造后，节能效益显著。

表4 安全阀整定压力调整

（1）供万华氢气收益约0.44元/Nm3（氢气销售价0.7元/Nm3-氢气成本价0.26元/Nm3）；

（2）供氢气锅炉氢气收益约0.052元/Nm3（制蒸汽收益0.312元/Nm3-氢气成本价0.26元/Nm3）；

（3）氢气耗电：27000/220000=0.123 kW·h/Nm3，约0.065 元/Nm3；

（4）2016年氢气锅炉燃烧氢气790万Nm3，收益790×0.052=41（万元）；

（5）如果2016年燃烧的氢气全供给万华，收益：790×（0.44-0.065）=296（万元）。

保守估计扩缸后每年获得收益为200万元。

5 运行调试总结

3台氢气压缩机扩缸改造后，在调试过程中，不同程度的存在问题：

（1）1号压缩机出口流量计前后压差大

经过分析发现操作人员对回流管和放空管调节方式不一样，为此及时修改操作法，对操作人员进行相应的培训，之后一切正常。

（2）2号氢气压缩机氢气出口流量出现不足

经过检查发现压缩机四级吸气阀有渗漏，因阀片在运行中会有自动密封的性质，从而后续无渗漏，流量恢复正常。

（3）3号压缩机一级出口缓冲罐压力迅速上升至0.4 MPa

经过检查发现二级吸气阀执行机构电线松动，造成吸气阀一直处于顶开状态，气体进入二级气缸后又重新回到一级缓冲罐，使压力升高，电线紧固后，一级出口缓冲罐压力回复正常，并对其他气阀执行机构电线松动情况进行了检查。

6 结语

3台机组运行至今，各项工艺指标均达到改造设计要求，设备运转良好，生产安全稳定，每台压缩气量最大均能增加到10%左右，电机的实际功率均小于电机额定功率，达到预期的效果。此次改造不仅为公司带来一定的经济效益，大大降低了生产成本，对安全稳定生产提供了保障，同时增加万华化学（宁波）有限公司氢气输送能力，达到了改造目的。

收稿日期：2018-03-11

山西开展危化企业安全仪表系统专项整治

日前，山西省安监局下发通知，决定在山西全省危险化学品生产企业开展化工安全仪表系统专项整治，确保2018年年底前全面完成安全仪表系统改造工作。

据了解，专项整治从4月1日开始到12月31日结束，分安排部署、全面落实和检查验收3个阶段实施。主要针对两类危化品生产企业的在役生产装置或设施，一是涉及重点监管危险化工工艺，二是涉及毒性气体、液化气体、剧毒化学品且构成二级以上重大危险源。

通过专项整治，要督促企业认真落实安全生产主体责任，切实贯彻安全生产法律法规及标准规范要求，2018年年底前，全面完成山西省上述两类危化企业的安全仪表系统改造工作，切实提升企业本质安全水平。

山西省安监局要求各市局制定工作目标，明确进度要求，对辖区内的危险化学品生产企业展开排查摸底，确定整治对象，指导和督促企业开展化工安全仪表系统专项整治工作，并将企业安全仪表系统功能安全评估、安全仪表系统管理制度落实、人员培训开展等情况纳入安全监督检查内容。

各企业要按照专项整治的要求深入排查，对未完成安全仪表系统改造的和已完成安全仪表系统改造但经评估在役装置安全仪表系统不满足功能安全要求的，要制定整改方案，明确整改措施、责任、资金、时限、预案，确保按期完成整治工作。

山西省安监局将适时对各市专项整治工作安排部署情况和企业专项整治情况进行督查。