螺杆压缩机在纯碱生产中的应用

南长文，袁自成，张琰荆

(1.金昌氨碱源化工有限公司，甘肃 金昌 737100；2.上海开山气体压缩机有限公司，上海 200000)

金昌氨碱源化工有限公司合成氨联碱装置搬迁升级改造项目2018年立项以来，我司认真细致的考察了纯碱行业在用的浓气及清洗气压缩机，最终采用开山集团的螺杆压缩机，并在生产中做出技术改进。重新设计了一套轴封充气及回油系统，解决润滑油泄漏问题，达到密封的目的；解决了浓气二氧化碳的流量不稳定，在进口压力低紧急停车时，由于出口压力高、进口压力低，在压差的作用下，可能的阴阳转子高速反转，引起设备损坏问题；解决了油槽中润滑油会被高速运转部件甩出并飞溅和雾化，避免大量油雾在联碱车间厂房内弥漫，造成环境污染；提高了压缩机的效率减少额外消耗功率。

1 浓气、清洗气螺杆压缩机技术参数

浓气螺杆压缩机主要作用是将浓CO2气体加压进入碳化塔中，与氨盐水进行碳化反应，生成碳酸氢钠结晶和氯化铵母液。

清洗气螺杆压缩机主要作用是将清洗气从碳化塔底通入，使塔顶加入的氨母液不断搅动融合，增加碳化塔结疤物溶解速度。

表1 螺杆压缩机技术参数表

表2 浓气及清洗气成分(V%)

2 螺杆压缩机的优势

联碱法制碱用浓气压缩机，属于工艺流程压缩机，一旦压缩机故障停车，工艺流程就会中断，对整个生产影响很大，因此要求压缩机能长期连续运转，可靠性高。此次合成氨联碱装置搬迁升级改造项目，新投用两台浓气螺杆压缩机、两台清洗气螺杆压缩机。压缩机组自工艺气调试试车、投用以来有以下特点。

1)动平衡性能好，可靠性高，零部件少，没有易损件，因而运转可靠、寿命长，螺杆主机机头设计寿命在20年。

2)机组运行平稳，容积效率较高，对于浓气中所含的杂质(主要为尘污等)，几乎不受其影响，这方面较离心及往复式压缩机优越。

3)在满足同等的工艺参数的前提下结构简单、紧凑，基础及厂房占地面积比往复式压缩机小20%。

4)输出气量连续均匀且不受排气压力影响，气流脉动小，能在较宽的工况范围内保持高效率。在气量较小时，也不会像离心式压缩机一样产生喘振，影响机组正常运行。

5)单机输出气量大，在大型碱厂显示出优势，所需操作和维护人员少。

6)纯碱用螺杆压缩机采用喷水螺杆，兼有冷却、润滑、密封和对含尘气有净化作用，同时也可保持气体洁净，不受润滑油脂污染。

3 联碱生产用螺杆压缩机的完善和改进

为保证压缩机组安全运行，压缩机厂在对浓气及清洗气压缩机在设计阶段就进行提前完善及改进，以期机组能满足纯碱生产的需要。

1)浓气及清洗气压缩机组轴封采用迷宫密封+多级充气碳环密封，确保在正常工况以及开停车时工艺气不向外泄漏，同时阻止润滑油进入工艺气内。压缩机转子轴封外圆表面与轴封盖之间存在间隙，此间隙是保证装配必不可少的，对于此处的润滑油泄漏问题，重新设计了一套轴封充气及回油系统，来消除此间隙，达到密封的目的。

2)螺杆阴阳转子为马氏体不锈钢、整体锻件制造，充分考虑到CO2环境下的腐蚀情况。同时转子型线采用Y-2型线(开山专利)，Y-2型线的设计和制造，充分考虑了工艺气进入压缩机时压力、杂质等波动时，转子所能承受的交变应力，以保证将工艺气中的杂质颗粒顺畅的排出，并起到更好的密封作用，提高压缩机的效率。当流量变化在88%～100%，可采用提升阀(开山专利)实现，该阀门在压缩机吸气阶段进行调节，不会额外消耗功率，可实现压缩机轴功率的同比例节约。

3)在机组运行过程中，油槽中的润滑油会被高速运转部件甩出，使油飞溅和雾化，当油雾聚集到一定程度就会从密封部件和转动部件结合处溢出，使大量油雾在联碱车间厂房内弥漫，造成环境污染、威胁系统正常运行。为解决这一问题，在压缩机主机上设计时就设有油分芯，释放壳体内部压力，聚集通过的油雾。此外在油箱上安装有油雾风机，通过风机产生压力，将油箱及油管道抽成微负压，抽出的带有油雾的气体经过过滤分离等措施后，即可放空。

4)浓气及清洗气中CO2含量较高，溶于喷液软化水中，有很强的腐蚀性，对出口管道冲刷严重，特别是阀门阀芯及管道弯头处。因此在这些关键部位都选用奥氏体不锈钢材质，有效抵御气体腐蚀及冲刷，提高管道寿命。

5)机组配备完整的自我监测保护系统，运用各种传感器对现场信号如压力、温度、振动等进行采集，并通过现场总线实现与控制柜之间的数据传输。利用控制柜中组态软件开发的人机界面，不仅对机组运行状态进行实时动态显示及监测，对出现的故障立即进行声光报警或者联锁控制。同时通过以太网连接，可以实现实时、在线远程操作，包括远程操作、参数设定、系统设置、动态监视等。

6)由于浓气及清洗气中粉尘颗粒等含量较高，造成压缩机进气过滤网经常堵塞，效率降低，被迫经常停机处理。为解决该问题，经现场改造，在过滤网上增加清洗装置，实现在不停机的情况下清洗过滤网。同时，为了更好监控过滤网过滤网堵塞情况，配备了过滤网压差变送器，对过滤网前后压差进行监控和记录，根据压降情况对过滤网进行清洗。

7)针对浓气及清洗气压缩机组阀门、管道、仪表数量众多的特点，将整个压缩机系统进行了模块化、系列化设计，包含了驱动系统、润滑油系统、冷却系统、碳环密封系统、电气控制系统等。在工厂预制最大化，现场安装最小化，减少现场施交叉作业，地面、平台预制最大化、高空作业最少化，减少高空作业潜在危险。电气系统设计采用PLC控制柜+马达控制柜+操作面板的组合模式，电控系统在控制元件选择、接线端子排列等方面进行了统筹规划和特殊设计，根据使用习惯配置操作按钮和操作触摸屏。

8)因上游企业供送浓气二氧化碳的流量不稳定，在螺杆压缩机组因进口压力低紧急停车时，由于出口压力高、进口压力低，在压差的作用下，出口管线内的气体就会沿着转子间隙反向回到入口管线，从而带动阴阳转子高速反转，引起设备损坏。为解决这一问题，设计时在进排气管道间增加一路紧急停车旁路管道，装有气动阀组。在机组紧急停车时，气动阀自动打开，以平衡进出口压力，从而阻止阴阳转子出现反转的情况。

4 结 语

2019年甘肃金昌氨碱源化工有限公司与开山集团股份有限公司合作，结合本公司联碱法的工艺特点，展开了浓气及清洗气螺杆压缩机在联碱法生产工艺中的应用研究，依靠各自自身技术力量，不断创新，针对联碱法特点对设备结构重新优化设计，完全解决了目前浓气及清洗气螺杆压缩机应用在联碱生产中的技术难题，通过纯碱生产企业与设备制作厂家紧密协作，生产工艺与设备性能相结合，攻克了技术难关，对我国纯碱企业的降本增效和高质量发展有重要的意义。