1引言

工藝用壓縮機是石油化工企業的重要及關鍵的大型設備。在石油化工領域，工藝用壓縮機的能耗大，據統計約占企業總耗電量的12%-32%。工藝用壓縮機運行的經濟性和可靠性一直是國內外同行專業研究的前沿。但長期以來工藝用壓縮機的節能降耗，并沒有引起國內石化企業的足夠重視，企業技術人員、管理人員重視安全運行等可靠性的問題，不注重經濟性的研究。因此，提高工藝用壓縮機的生產能力，降低運行成本，達到提高產量、降低生產裝置總能耗，對工藝用壓縮機節能挖潛是十分必要的。

2運行工況特點及省功途徑分析

工藝用壓縮機運行工況與其他一般用途壓縮機相比有其特點：

(1)運行的連續性。工藝用壓縮機是化工生產工藝中的重要的動設備，一般力求無故障長期連續安全運行8000h以上。

(2)工質的腐蝕性和易燃性。壓縮介質一般都具有一定的腐蝕性和有些工藝氣體還具有易燃、易爆性，所以，排氣溫度有嚴格的限制。

(3)工藝性。運行參數受工藝流程的制約，一般運行工況在低于額定工況下波動。

(4)復雜性。為滿足工藝要求，壓縮介質的組分多種，壓縮機潤滑方式不同、級間抽氣、加氣、凈化等多種情況都可能存在。

因此，工藝用壓縮機得節能必須結合實際運行工況，具體研究和分析。它的經濟性和可靠性關系到化工生產的成本與效率。

按理論分析，壓縮氣體耗功與壓縮過程指數有關。降低壓縮過程指數可節省壓縮機指示功率，為此，可通過氣缸強化換熱的方法，盡力改善換熱條件，降低壓縮過程指數。其二，盡力減少功率損失，也是節能的主要途徑之一。影響功率損失因素主要包括：(1)進、排過程的氣閥功率損失;(2)活塞環、填料等摩擦損失;(3)運動件的其他機械損失;其三，根據化工生產的長期性和連續性，提高易損件壽命，延長安全運行周期，減少因故障停車造成的損失是尤為重要的。其四，由于壓縮機的運行工況和設計工況長期不一致，也會影響

壓縮機的運行效率。應根據壓縮機的實際運行工況，合理選擇適宜的熱力參數，提高運行效率。

3冷卻系統對耗能的影響

因化工生產的特點，工藝用壓縮機多屬于大中型、高壓、多級的水冷式壓縮機。冷卻系統多數采用氣缸夾套水冷和級間冷卻器并聯或混聯結構。冷卻系統的效果直接影響耗功和排氣溫度。根據理論分析，級間冷卻效果下降，直接影響下一級的耗功。溫度每增加3度，下一級的耗功約增加%1氣缸冷卻主要是為了降低壓縮過程指數，達到省功和降低壓縮氣體終了溫度的作用，并使氣缸有較均勻的溫度場。為此，運行中調整適當的冷卻水流量及控制冷卻水溫度，使其有較好的冷卻效果，達到省功的目的。

圖1是單級小型氣缸水冷壓縮機在300r/min時，冷卻水流量和比功率變化的擬合曲線。根據實驗結果，可以得出在一定的轉速下存在一個最佳的冷卻水流量的問題。對于工藝用壓縮機一般容積流量、氣缸直徑相對較大，冷卻水通過缸壁所導出的氣體熱量很少。特別是高轉速時壓縮機的壓縮過程指數和絕熱壓縮過程指數相差很小。但大型工藝用活塞式壓縮機的轉速一般較低，多數在150-400r/min，所以，工藝用壓縮機應根據實際運行工況，按冷卻水的最佳流量，盡可能降低壓縮過程指數，以節省功率消耗，并使氣缸有較均勻的溫度場，有利于潤滑及提高摩擦易損件壽命。


對于工藝壓縮機，還應注意到，并非冷卻水流量愈大愈好。過大的冷卻水量會導致氣缸鏡面上潤滑油的溫度過低，影響潤滑油的性能，增加摩擦功率，比功率增加。

4氣閥是影響工藝用壓縮機節能的關鍵

氣閥是壓縮機中重要核心部件。其質量和性能影響到壓縮機運行和耗能，直接關系到生產系統的正常生產秩序。氣閥的壽命短是石化企業經常遇到制約生產的技術難題。解決好這一難題，對于石油化工等領域的大型壓縮機意義重大。根據化工生產的特點，工藝用壓縮機氣閥對耗能的影響主要有兩個方面，一是氣閥的阻力損失對功率的影響;二是氣閥的使用壽命過低，安全運行周期過短，造成由于經常故障停車帶來對生產系統的損失和人工、物料、備件的損耗。特別是后者尤為重要。

4.1影響氣閥壽命和能耗的原因分析

運行實踐證明，氣閥使用壽命過短，往往是由于閥片的運動規律不合理造成的。根據實際損壞氣閥的拆檢，破壞形式主要是閥片、閥簧斷裂。閥片幾乎都是徑向斷裂的。從斷口和裂紋的情況分析，閥片的斷裂可判斷出，是由于頻繁撞擊而造成的。說明氣閥彈簧力不合理，過大、過小都會影響閥片的運動規律，直接影響氣閥的使用壽命和能量損失。因此，氣閥的彈簧力是提高氣閥

使用壽命和減少能量損失的關鍵。圖2是某化肥廠工藝流程中的壓縮機高壓級排氣閥根據實際運行工況模擬的閥片運動規律曲線。


從實際運行工況模擬的閥片運動規律看出，閥片發生了“顫振”現象。氣閥的實際使用壽命僅能達到800~900h。可明顯地判斷出在該工況下氣閥彈簧力過大，導致閥片的撞擊頻率和次數數倍增加。分析其原因主要是：

(1)工藝用壓縮機的實際運行工況一般都比較復雜，往往受化工流程的變化而波動，當不穩定工況長期偏離額定壓力較大時，必然會造成閥片的運動規律改變，導致閥片延遲關閉或發生“顫振”。


(2)該工藝用壓縮機的運行工況長期低于設計工況，氣閥的彈簧力過大，閥片的運動發生了“顫振”。撞擊頻率、次數增加，損失增加，壽命下降。

4.2改進措施

結合工藝流程實際，針對氣閥損壞的原因，在諸多影響因素中氣閥彈簧力是提高氣閥壽命降低流動阻力損失的重要參數。因此，改進的重點一定要根據該工藝用壓縮機長期實際運行的工況，優化氣閥結構參數，重新確定氣閥的彈簧力，使閥片有良好的運動規律。以保證氣閥有足夠的使用壽命，盡可能延長壓縮機的穩定運行時間。達到節能降耗、安全生產。

對上述高壓級的排氣閥，結合實際運行工況修改了原結構參數，氣閥的彈簧力做了從新調整，使氣閥的功率損失減少，閥片運動規律趨于合理，使用壽命提高了2~3倍。圖3為改進后該高壓級排氣閥閥片的運動規律。另外，提高壽命，延長了安全運行周期，減少了因故障停車而造成的生產損失，節約了檢修和備件的費用，生產能力提高3%以上，年均節能增效可達2%~3%。收到了較好的經濟效益與社會效益。

5活塞環對工藝用壓縮機耗能的影響

活塞環是活塞壓縮機的主要密封件，又是重要的運動摩擦件，也是關鍵的易損件之一。它的壽命和性能關系到生產系統的產量和效益，影響系統的生產秩序。為此，提高活塞環的使用壽命和改善活塞環摩擦特性對工藝用壓縮機尤為重要。所以，工藝用壓縮機如何結合具體實際，合理的確定活塞環材質和改善潤滑對提高壽命、減少摩擦功率定會起到一定的作用。

有油潤滑和無油潤滑是目前活塞式壓縮機氣缸的潤滑的主要兩種方式：

(1)鑄鐵活塞環是有油潤滑壓縮機普遍采用的材質，優點是金屬活塞環采用油潤滑，摩擦損失功率相對較小，活塞環導熱性能好，潤滑油可起到密封作用，并可攜帶一部分活塞環與氣缸摩擦產生的熱量。缺點主要是壓縮氣體中含潤滑油，壓縮介質受到污染。

(2)填充聚四氟乙烯活塞環是無油潤滑壓縮機常采用的材質。優點是壓縮氣體不受污染，缺點是填充聚四氟乙烯機械強度受限，摩擦功率、泄漏量相對較大。因此，在工藝氣體純度要求不很高的情況下，特別是在高壓力差時，可采用少油潤滑方式彌補上述缺陷，即活塞環采用填充聚酰胺材質的少量潤滑油潤滑方式。該方式綜合性能較好，可獲得較好的可靠性和經濟性，并可節省潤滑油。

5.1活塞環的機械性能與摩擦性能比較分析

對典型的活塞環常用材質的機械性能進行了比較分析。填充聚酰胺材質的機械強度均優于鑄鐵材質。活塞環主要承受壓力和剪切力，特別是高壓機活塞環，由于兩側的壓力差較大，活塞環材質的強度尤為重要。所以，對工藝用壓縮機的高壓機活塞環采用填充聚酰胺材質可明顯提高使用壽命。活塞環材質的機械性能比較見表1。


通過實驗對活塞環材質與高壓級氣缸常用碳鋼材質對磨進行了摩擦特性比較分析，在磨擦磨損試驗機上模擬了活塞環與氣缸對磨的3種情況。實驗分別模擬鑄鐵活塞環對碳鋼氣缸正常油量潤滑、填充聚酰胺活塞環對碳鋼氣缸采用正常潤滑油量的一半少油潤滑、填充聚四氟乙烯活塞環對碳鋼氣缸無油潤滑3種方式進行。實驗結果見摩擦特性曲線。

根據以上在不同潤滑條件對磨的方式下，3種材質的摩擦特性表明，3種情況的摩擦特性幾乎沒有什么大的區別。但采用填充聚酰胺為活塞環材質少油潤滑時，優點是填充聚酰胺機械強度高，耐溫性好，并且本身具有一定的自潤滑性，可節省部分潤滑油。特別適用于工藝壓縮機高壓級的活塞環，在活塞兩側的壓力差較大時，機械強度優越，可明顯提高使用壽命。


5.2運行效果及分析

針對合成氨生產系統的工藝用壓縮機的V、VI級活塞環進行改造試驗。活塞兩側的最大壓力差可達10~14MPa，原鑄鐵活塞環采用油潤滑，經常斷裂破壞，使用壽命僅達到3000h左右。改用活塞環材質為填充聚酰胺，并在減少近一半潤滑油量的條件下運行，效果良好。與有油潤滑相比，潤滑油對氣體的污染程度有大幅度降低。保證了活塞環有足夠的強度，解決了活塞環經常斷

裂損壞的問題。使用壽命提高了2~3倍，超過8000h以上。每年僅節約檢修、故障停車所造成的生產損失就達20多萬元。因此，對于高壓級活塞環，在壓縮介質中含有微量潤滑油，對生產系統和產品質量沒什么影響的情況下，應盡可能采用填充聚酰胺少油潤滑方式。此方案材質性能好、泄漏量少、省功、省油，并可明顯提高使用壽命，增大產量。

6結語

綜上所述，對工藝用壓縮機的節能降耗，必須緊密結合化工生產系統的實際，根據具體的運行工況、壓縮介質以及經常出現的故障，分析探討、優化運行參數和有關典型部件結構參數。達到減少功率損失、提高易損件使用壽命，延長機器的穩定安全運行周期，省功、節水、節約潤滑油。減少由于故障停車造成的與備機切換排空、置換、備件，以及造成生產系統的一切損失。改善潤滑，減少泄漏，提高排氣量，以致提高產量、提高整套生產裝置的經濟效益。