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1、1DA350（400）型透平空压机的增风改造潘汉泽 曾幼明 （湖北双环化工集团有限公司）摘 要 介绍了采用“三元理论”对 DA350（400）-64 型透平空压机主机转子进行增风改造，以大大提高压缩机的打气量及改造效果。关键词 透平空压机 增风改造一、前 言我公司是一家拥有年产 20 万吨合成氨生产能力并采用联合法生产纯碱及氯化铵的企业。其中合成氨生产采用重油造气流程，所需氧气、氮气通过空分装置对空气进行分离获得。透平空压机是该装置的关键设备之一。公司现有五台透平空压机，运行方式为四开一备，分别为四套空分装置供应加工用空气。目前，四套空分装置实际可加工空气量为 91500 m3/h。下面是五台
2、透平空压机、四套空分装置 1999年 1012 月实际运行情况的统计结果，列表（表一）、 （表二）如下： 空分装置生空分装置生产产情况情况统计统计表（表一）表（表一）时间时间机号机号空空 气气 量量 （ （m3/h） ）氧氧产产量量 （ （m3/h） ）纯纯度度 （ （%） ）下塔下塔压压力力 （ （Mpa） ）氧提取率氧提取率 （ （%） ） 1#20100360099.450.5085 2#20150355099.500.4984 3#19750350099.320.52851999 年 10 月 4#20550377099.510.52587 1#20200361099.450.5085
3、 2#20150355099.500.4984 3#19750350099.320.52851999 年 11 月 4#20600377099.510.52587 1#20400362099.450.5085 2#20900365099.500.4984 3#20050358599.320.52851999 年 12 月 4#21050378099.510.525872透平空透平空压压机运行情况机运行情况统计统计表（表二）表（表二）时间机 号吸入 温度 ()排气压 力 (Mpa)出口空气 量(m3/h)电流 (A)功率 因数能效电耗 (Kwh)轴功率 (Kw)1#18.50.560191002
4、280.840.8523501678 2#180.565199502300.830.8823001680 3#18.50.57189502350.800.85234015921999 年 10 月5#18.50.565231002250.850.923901828 1#15.50.560190002280.840.8523501678 2#150.565201502300.830.8823001680 3#15.50.57190502350.800.85234015921999 年 11 月5#15.50.565233002250.850.923901828 2#10.50.560200502
5、280.840.8523501678 3#100.565195002300.830.8823001680 4#10.50.57192502350.800.85234015921999 年 12 月5#10.50.565235002250.850.923901828 （注）：以上各数据均为月平均值通过表一、表二统计结果可以看出：1、按实际运行方式：5#透平空压机运行(因其为新安装的全三元机型，所以打气量较大，在 23000 m3/h 以上)，其他四台三开一备，空分装置实际加工空气量为 82300m3/h，要满足装置 91500m3/h 的生产能力，则加工空气量尚欠缺 9200 m3/h。2、只开
6、 1#4#透平空压机则其打气量为 77950m3/h，远不能满足空分装置生产需求3、五台透平空压机全开，其打气量为 101450m3/h，除满足空分装置生产需求外，尚富余 9950 m3/h，但增开一台透平空压机，每小时耗电 2300KW，按每年 300 个工作日、每度电费 0.3 元计算，每年仅电费就多支出 500 万元左右，十分不划算，而且无备机，不利于连续生产，并造成资源浪费。 二、确定方案1、方案比、方案比较较通过对以上数据的分析比较，我们认为只要当 1#4#透平空压机的打气量提高至 22800 m3/h 时，即可随时满足四套空分装置满负3荷生产所需加工空气量。为此，我们与一些大专院校
7、及设备制造厂商广泛接触，了解国内外同类机组提高打气量（增风）改造的方法及效果并结合我公司实际情况对这些可能的增风改造方法的利弊得失进行了分析评价。 目前，国内外同类机组改造方法主要有三类（五种）： (1)辅机改造法。对压缩机辅机（如中冷器、末冷器、水分离器等） 实施改造。该方法我们早已在 1#4#透平空压机上实施，再没有潜 力可挖了。 (2)全改造法。即对原压缩机主机、辅机及电机全部更新。该方法 可大大提高压缩机的打气量，但费用相当高，生产厂商的改造报价 为 250 万元/台。 (3)主机转子改造法。其中有三种方法； A、400 转子改造法。我们目前使用的转子已经是 400 转子。B、半三元改
8、造法。主要是将原压缩机转子一、二级叶轮改成三元叶轮。所谓“三元叶轮”，即利用吴仲华的叶轮机械三元流动的普遍理论，将原叶轮风道作一定角度的扭转而设计的叶轮， （叶轮风道对比简图如图一），使其风道更接近气体理想流动曲线，从而减小气体阻力，减少能量消耗，将压缩效率由 70提高至 85左右，提高透平空压机打气量 1020。此改造法在国内一些企业已得到应用。我们组织技术人员对其中部分企业该压缩机改造后的运行情况进行了考察（具体数据如表三所示），其改造费用不高，每台约在 30 万元左右。表三厂家排气压力(Mpa)空气流量(m3/h)电流(A)电耗(Kwh)空分氧量(m3/h)纯度(%)杭州钢铁厂0.562
9、30502752664414099.0南昌钢厂0.55229102702688405098.9江西新余钢厂0.548228002602707388099.1（注：以上数据为试车阶段平均数据，因其日常运行时氧需求在 37003950m3/h 左右，故实际操作参数较表三所录数据低）4通过表三数据可以看出：其压缩机改造后打气量能够满足我们的生产需求，但电流高，功耗高，这种运行状况随时可能危及电机的安全运行。C、全三元改造法。即将压缩机转子一至六级叶轮全部改成三元 叶轮。此改造法报价为每台 30 万元，从生产商的理论计算看（改造后 在压缩机打气量及其它正常运行所需条件满足要求时，轴功率 2230KW，
10、当电压为 6000V 时，电流247A），具有经济运行的优势。 但这种改造方法在国内还没有一家企业使用。Y Z Y ZX X 二元风道简图 三元风道简图图一2、方案、方案选择选择根据以上分析比较，我们认为采用全三元改造法应是最佳选择方案。为此，公司领导组织了专题会议，在听取了我们的详细汇报后又组织人员对几家制造厂商进行了实地比较考察，最后经研究决定，委托西安交大进行转子设计，由开封市鼓风机厂制造并安装全三元转子，先对 4#透平空压机实施改造，再根据其改造后的使用情况确定 1#3#透平空压机的改造方案。三三、实施改造、实施改造 我们于 2000 年 5 月对 4#透平空压机进行了转子更换。新转子
11、叶 轮直径稍有增加，因而其轴向力加大了，平衡盘尺寸也作了相应的加5大，各级轴封没有改变，而各级气封及平衡盘密封是根据该转子设计 的，内径尺寸也相应加大了，保证了级间泄漏达到最小；转子轴瓦更 换为新式薄壁瓦，保证了轴瓦的润滑，推力块尺寸也加大了，以承受 运行时的轴向推力；另外，在具体施工时，我们还全面检查、清洗、修 理了油冷器、电机风冷器、中间冷却器及未端冷却器等，对水分离器 则进行了进一步的改进（其结构如图二所示），节流门改成蜗轮蜗杆 传动以更利于操作，同时也检查了增速机，并将转子与增速机的同心 度进行重新调整，以确保机组运行平稳。改进后的水分离器结构简图图二2000 年 5 月 20 日，4
12、#透平空压机改造实施完成并一次试车成功， 机组运行平稳。下面是 4#透平空压机改造前后主要参数和指标 (表 四、表五)：（表四）时间时间出口出口压压力力 (MPa)空气流量空气流量 (m3/h)电电流流 (A)功率功率 因数因数能效能效电电耗耗 (KWh)轴轴功率功率 (KW)改造前改造前0.56192502250.820.8723101648改造后改造后0.565235502490.820.8724901786气体流向排水口6（表五）转转子子轴轴承温度承温度增速机增速机轴轴承温度承温度 支撑支撑指指标标时间时间润润 滑滑 油油 温温 度度止止 推推一一 点点二二 点点一一 点点二二 点点三三
13、 点点四四 点点定定 子子 温温 度度出出 口口 温温 度度轴轴位位 移移 mm节节流流 门门开开 度度改造前改造前384744455356475182550.2490改造后改造后374944444857505188380.2560（注）：（表四）、 （表五）中改造前数据为 1999 年 6 月8 月平均值 （表四）、 （表五）中改造后数据为 2000 年 6 月8 月平均值 从（表四）、 （表五）对比数据可以看出：1、透平空压机改造后打气量已超过我们设定的目标值，且电耗相比其它钢厂半三元转子改造有较大降低。2、从表五来看，各温度点除局部稍有增加外，其它各点均正常，而电机定子温度增幅不大，出口
14、温度则有较大降低。综上所述，充分说明 4#透平空压机全三元改造效果比较理想。随后，我们相继对 1#3#透平空压机实施了全三元改造，达到了同样好的效果，改造后透平生产能力：1# 23050 m3/h; 2# 23300 m3/h;3# 23500 m3/h; 4# 23500 m3/h；只开 1#4#透平空压机其生产能力就达到 93350m3/h，除能满足空分装置需求外，尚富余 1850m3/h 能力，可为其它工序提供压缩空气。 四、改造效果1、 、经济经济效益效益(1)因空气量增加可多投油(22800-19250)0.210.85700 4=3.6吨/小时(2)每月增产氨3.630240.78
15、5=3302吨(3)每月增加利润:3302(1700-1616)=27.7万元(4)四台透平空压机改造一次性投资费用：130万元其中，空气中含氧-0.21(V/V)空分装置氧提取率-0.857吨油氧耗-700m3吨氨耗油-0.785吨氨成本-1616元吨氨内部价-1700元由此计算，不到半年即可收回投资成本。另外，透平空压机生产能力提高，除能满足空分装置需求外，还有富余能力，可为其它工序提供压缩空气，使其它工序少开或不开空压机，节省人力物力，节约能源，减少备件材料消耗。2、社会效益、社会效益此次透平空压机全三元改造技术的成功应用是全国首家，具有很好的推广价值，填补了国内同类机组改造的空白。参考文献参考文献1、离心压缩机原理 西安交通大学透平压缩机教研室编著 机械工业出版社 19872、回转式压缩机 西安交通大学 邓定国 朱鹏程主编 机械工业出版社 19813、机械设计手册 徐灏主编 机械工业出版社 19914、透平空气压缩机 西安交通大学低温教研室编著 机械工业出版社
