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1、前言
1994年前后,有些化工廠缺乏高密封要求的特殊氣體壓縮機,由于找不到合適的壓縮機,這些化工廠的職工不得不在環境相當惡劣的工況下從事壓縮機操作和修理工作,他們承受著身體被損害的危險,無畏而又無奈。
2、氯乙烯壓縮機密封改造
例如:有一個化工廠,生產氯乙烯,由于歷史原因,他們一直用普通的L型空氣壓縮機壓縮氯乙烯氣體,由于活塞桿填料密封有漏氣現象,壓縮機站的環境中會有氯乙烯氣體逸出。因為氯乙烯氣體對人體肝臟的損傷比較嚴重,該化工廠規定:正常的氯乙烯氣體壓縮機操作工三年必須調崗。
該化工廠技術人員了解到筆者可以幫助他們解決問題,以期尋求解決的辦法。筆者分析了解該壓縮機漏氣的情況后,決定用130千瓦的4LW無油空氣壓縮機為基礎,研制高密封要求的氯乙烯氣體壓縮機。
設計的首要工作是把壓縮機中體封閉,使從填料漏出的氯乙烯氣體不再漏入大氣。但是,從活塞桿漏入中體的氯乙烯氣體會集聚,漏氣到一定量值時,會通過曲軸箱而漏入大氣。
下一個解決問題的關鍵是把漏入中體的氯乙烯氣體抽走。如何抽吸走這些氯乙烯氣體?作者做為設計負責人冥思苦想,既要抽走泄漏出的氯乙烯氣體,還要回收這些氣體,同時又不得將漏出的聚乙烯氣體與空氣混合回收。
經過認真考慮,作者擬在壓縮機進氣口加一類似噴射泵的噴射管。把壓縮機吸氣管設計成弱的噴嘴,壓縮機吸氣管置于一個特定的低壓箱中。從壓縮機兩個中體處引16mm不銹鋼管與噴嘴外部的低壓箱連接。
作者自己詳細的計算了所需負壓和噴嘴形狀尺寸,并要求設計成漏氣回收裝置。經設計、加工到總裝、廠內試車。隨后化工廠按要求構筑壓縮機基礎,安裝所需管道,并安裝壓縮機。
在使用現場,作者又在16mm不銹鋼管中間加了旋塞閥,以便保持較佳的回收效果。經試用,回收效果確實不錯。壓縮機廠房再也不用受氯乙烯氣體泄漏的威脅,化工廠很滿意。該化工廠總經理還希望作者當他們的顧問。
由于漏氣回收裝置是動態起作用,在壓縮機起動前,氯乙烯進氣管道閥門要關閉,壓縮機停機后,排氣管路閥門亦應關閉,防止回收噴嘴無流速時,回收裝置會無回收動力,導致氯乙烯氣體經16mm不銹鋼管和壓縮機填料漏入曲軸箱和周圍大氣。
這套裝置在用戶處一直使用到搬遷。2010年后,有些螺桿壓縮機公司才開發了螺桿氯乙烯壓縮機,這是15年的后話。
3、二氧化硫螺桿壓縮機密封
二氧化硫螺桿壓縮機是一種特殊氣體壓縮機,密封性要求很高。
壽光市原來有一個磷肥廠,他們苦于找不到合適的二氧化硫壓縮機而苦惱。作者覺得解決用戶需求是壓縮機廠不可推卸的責任,應該急用戶所急,想辦法盡量滿足用戶的需求。用戶還告訴我們,二氧化硫很刺鼻,假如有一滴二氧化硫液體滴到地上,就會冒出一堆白煙。意思是說:該壓縮機密封性一定要好。
作者考慮:根據用戶的氣量和密封性要求,選用螺桿壓縮機較為合適。于是和設計人員一起,按照作者的思路,以5m3/min的螺桿空氣壓縮機螺桿為基礎,在壓縮機軸伸側增加油浴機械密封,經過作者和其他設計人員的共同努力,完成了圖紙設計。為了解決密封的可靠性,作者親自到上海有關密封件公司考察,挑選并采購設計和制造質量過硬的機械密封。在解決了設計和制造的接口問題后,進入試制過程。裝成二氧化硫氣體壓縮機,并投入試驗。在產品試驗站經過空氣試車后并經過廠內試驗,認為密封性能可靠,可以發往用戶。
為了在實際使用環境考察該壓縮機的性能,特別考察其密封性能,作者和用戶溝通后,把該壓縮機運往用戶。用戶較快的把該壓縮機安裝連接完畢,并進行安裝試車。經過實驗驗證,證明該壓縮機設計和制造質量完全符合用戶要求。該二氧化硫氣體螺桿壓縮機經一段時間實際使用后,得到用戶的贊賞。用戶說:“墻上的管道閥門有時還有點漏氣,但該二氧化硫氣體壓縮機硬是一點不漏。”
4、氯甲烷氣體壓縮機治理
2008年時,山東有一家氯化工原料公司,其有6臺不同規格的氯甲烷氣體壓縮機,分布在氯烴1、氯烴2和氯烴3三個車間。這種活塞式氯甲烷壓縮機的活塞桿壽命不超過2個月。雖然活塞桿摩擦面涂覆有陶瓷層,希望陶瓷層能承受強力摩擦,而且涂覆陶瓷層的活塞桿價格昂貴,但氯甲烷壓縮機活塞桿表面還是會在不到2個月(有時1個半月)后,就磨成一道一道深溝,涂層部分發生脫落,導致活塞桿表面拉傷漏氣嚴重。
氯甲烷壓縮機拆卸安裝都比較麻煩,有時由于氯甲烷泄漏嚴重,維護人員都無法靠近,換活塞桿時,維修人員須帶防毒面具操作。
2008年8月5日,在氯烴三車間修理LW-8/2.8-9.55A氯甲烷壓縮機填料時,作者在他們的填料盒內、聚四氟乙烯密封環周圍空隙中,加入自己研制的SL特抗磨塑料潤滑脂。該活塞桿與填料使用了4~6個月才更換。過去該壓縮機填料漏氣是最大問題,現在車間已感到比較滿意。以后配件供應商將活塞桿材料換成3Cr13活塞桿,在填料密封環四周和填料盒中同樣加入SL特抗磨修復塑料潤滑脂后,活塞桿不用涂覆陶瓷層仍也可用6個月。該活塞桿經涂覆陶瓷層后,在安裝時填加SL特抗磨修復塑料潤滑脂后,最長用了一年多也未失效。
由于氯烴生產的特殊性、工廠習慣、氯烴產品的旺銷勢頭,以及氯甲烷氣體的特殊性決定,化工廠仍在使用活塞式氯甲烷壓縮機。目前,尚未看見有合適的回轉式氯甲烷壓縮機問世。
當然,這種替代是必然的,就要看壓縮機廠家如何研制和試用。
5、隔膜和液環壓縮機密封性討論
對于有高密封要求的特殊氣體來說,隔膜壓縮機和液環壓縮機對小型用氣客戶是比較適合的。
隔膜式壓縮機適于壓縮高純度、稀有、貴重、易燃易爆、有毒有害、具有腐蝕性的氣體介質、氧氣以及高壓氣體等場合。在大型化工公司、大型石油化工流程均有應用。
隔膜壓縮機可壓縮輸送諸如:氮氣、氦氣、醫院呼吸氣體、一氧化二氮、二氧化碳、氖氣、氬氣、六氟化硫氣體、一氧化碳、氫氣、乙烯、重氫、天然氣、液化石油天然氣、制冷劑、滅火劑、烷烴類氣體等。
隔膜壓縮機適合于小型高密封要求的特殊氣體應用領域,其流量范圍可以從0.1到680立方米/小時,最大出口壓力可達50MPa。
上世紀,機械部為北京第一通用機械廠從法國Henri Corblin引進了一臺隔膜壓縮機,從第一臺仿制法國的隔膜式高壓壓縮機開始,我國的隔膜式壓縮機開始起步。經隔膜壓縮機工作者的努力。我國制造隔膜式壓縮機的企業已經形成了一定的產業規模。隔膜式壓縮機生產能力和產品水平業已達到世界先進水平,一些國產隔膜壓縮機完全可以替代進口產品。
隔膜壓縮機由于余隙容積小,單級壓縮比高,每級的壓縮比最高可達到15:1。隔膜壓縮機無泄漏,耐腐蝕,具有獨特的泄漏檢測體系。
氦氣壓縮機基本都用隔膜壓縮機,由于我國貧氦,液氦從加拿大進口,由有關氣體公司分送到氦氣站儲存后再分發。
北京重大活動放的氣球都是充氦。核磁共振使用超導,一般也需充氦,而隔膜壓縮機正是用來壓送氦氣的。
國內現在有兩列對稱平衡4膜頭隔膜壓縮機,最大功率可達90千瓦。兩列對稱平衡8噸活塞力增壓隔膜壓縮機的最大功率可達110千瓦。
上世紀,北歐曾有一個大的隔膜壓縮機公司,他們可以生產4列對稱平衡型隔膜壓縮機。現有的國內隔膜壓縮機公司中,少有能看到那么大的隔膜壓縮機。
核工業由于考慮安全因素,使用了較多的隔膜壓縮機。
現如今隔膜材料主要是316L不銹鋼和有機材料。最常用的是316L不銹鋼,其抗拉強度為 σb (MPa):≥480。
同樣液環壓縮機隔膜壓縮機適合于壓縮小型高密封要求的特殊氣體。特別適合于壓縮氯氣及含氯氣體。在化工行業的裝置中,有不少液環壓縮機在運行,而且大有擴展之勢。
現在國內有幾家水環泵和液環壓縮機公司,產品種類較多。原來淄博有一家真空泵廠,和西門子合資生產水環泵和壓縮機。
GardnerDenver在淄博有一家獨資的NASH 液環壓縮機公司。GardnerDenver是在美國壓縮機人眼里的“壓縮機超級大國”。他們的液環壓縮機開發能力,技術和質量水平都比較高。
兩級液環壓縮機是比較新的液環壓縮機,有能力制造者還是鳳毛麟角,但經證明其性能優越。對要求苛刻的工藝過程,兩級液環壓縮機的適用性較佳。包括壓縮臭氧、其它化學以及石油和天然氣等,其壓縮機氣量可以從12到1000 SCFM(20至1700m3/h)。
兩級液環壓縮機是要求嚴格的化學、石化行業的設備。其排氣壓力可達13bar(170psig)。中壓液環壓縮機為苛刻的工藝應用提供可靠的壓縮設備,經證明,其性能適合于碳氫化合物的回收和壓縮,以及氫氣,氯氣和其它氣體的壓縮,且維護要求低。
當水與工藝氣體不相容時,高效中壓壓縮機可以使用替代密封液。中壓液環壓縮機有不銹鋼型、球墨鑄鐵型和其它材料型。
6、結語
經我國幾代人的艱苦努力,我國境內的高密封性要求的特殊氣體壓縮機已完全能滿足我國有關行業和部門的需求,為我國工業和其他事業的發展助力,這是可喜可賀的發展成就。
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