往复压缩机

往复式氢气压缩机的选用及设计分析
作者：刘飞
文章来源：《压缩机》
点击次数： 4007
时间： 2009-7-29 10:19:20
本文对氢气压缩机进行介
绍，并介绍了氢气压缩机的
选用问题，分析了其设计结
构。

前言
氢气压缩机广泛应用在石油化学工业部门。

近年来，在石油炼制工业中，由于广泛采用先进的加氢工艺，因此，迫切要求机械工业大量提供先进的成套加氢设备，氢气压缩机及其配套电气设备是不可缺少的项目之一。

而由于往复活塞式压缩机具有节能高效的特点，因而在石油精炼化工流程中它处于主导地位。

与国外相比，氢压机在我国起步较晚，刚开始是引进国外氢压机，进而发展到自行测绘仿制，直至上世纪80年代后期才走上自行设计氢压机并不断完善的阶段。

由于氢气是一种极易泄漏，易燃易爆的气体。

因此，对氢气压缩机的设计、制造、使用、维修甚至于选用都提出了一系列的特殊要求，尤其是对密封、安全和可靠性等方面的要求较高。

本文针对氢气压缩机的设计结构进行分析，提出了氢气压缩机的选用方法，希望对广大行业人士提供一个可行的参考。

往复式氢气压缩机特点
往复式压缩机是利用容积的改变使气体受到压缩，石化装置中通过往复式压缩机提高氢气压力以满足工艺操作的要求，一般具有以下主要特点：（1）压缩的气体是烃类和氢气的混合体，属易燃、易爆气体。

（2）氢气活动性强，在一定的条件下，对金属有强的腐蚀作用，此特性严重地影响了氢气压缩机的使用寿命。

如碳钢发生氢腐蚀的条件是：氢气压
力>20MPa，温度>200℃，而且温度是主要指标。

对于氢气压缩机设计的最高实际排气温度应小149％，富氢压缩机设计的排气温度应小于135℃（富氢分子量≤12）。

（3）通常进出口压差大、排气压力高，需采用多级压缩实现较大的压力比。

往复式压缩机对被压缩气体的分子量不敏感，可以在每一压缩级中达到2～3的压力比，适合用于新氢的压缩。

（4）要限制每一压缩级的出口温度不超过135℃。

氢气和空气相比具有较大的滑移位数，在压缩过程中，易通过活塞环泄漏，造成温度的升高，亦降低了容积效率。

和其他石油气相比压缩氢气时的容积效率的降低，同时较低的气体出口温度有利于气阀的寿命和可靠性，还减少了氢气在材料中的渗透。

（5）氢腐蚀的潜伏期与晶界上氧化铁的集中程度有直接关系。

其中氢的压力、温度越高，氢腐蚀的潜伏期就越短。

（6）从安全角度要求，尽量采用无油或少油润滑。

经验证明，对气缸采用过多的润滑与润滑不充分相比，对可靠性的危害更大。

目前在无油或少油润滑的压缩机上，活塞环寿命可达到4000～8 000h，活塞支撑环和活塞杆密封环的寿命可达到3年（25 000h）或更长。

往复式氢气压缩机设计分析
活塞部件由活塞、活塞杆、活塞环、支承环、活塞背帽等组成。

活塞通常由铸件或者锻件制成。

其材料按活塞力的大小分别选用：低压级为HT2O-40、HT2547等铸铁件。

如果考虑各级间往复惯性力平衡也可选用铝合
金ZL401等材料，中高压级活塞选用35 锻制件。

无油润滑或少油润滑氢压机的活塞环、支承环选用填充四氟乙烯自润滑性能好的材料。

活塞杆材料选用42CrMo锻件，如果压缩介质为含有HS成份（3％～11％）的富氢气，其活塞杆材料选用174PH锻件或采用金属表面非晶态硬化处理新工艺；在活塞杆摩擦表面利用激光技术喷涂陶瓷涂层等新材料，解决了介质对活塞杆零件的腐蚀和磨损问题，提高了易损件的使用寿命。

氢气压缩机必须采用具有中间隔离层的长双室结构，以防止空气与氢气相混合而发生爆炸事故中间接筒结构为铸铁制成的长双室型筒形部件，它是机身和气缸联接的桥梁。

在与机身、气缸联接的法兰面上采用橡胶圈密封，并通过弹性螺栓专用垫圈及盖形螺母把它们联在一起。

其中接筒与机身连接侧设置安装刮油环部件的隔板，用以把机身滑道与接筒分开。

双室式中间接筒，中间设有隔板并装有填料函，用以防止填料泄漏出的易爆氢气进入机身内。

中间接筒每室上部分设有气体排放口下部设有废液排放口；靠近气缸填料室内设有充氮气进出口；冷却填料的冷却水进出口；填料注润滑油进口及填料漏气回收排放口，将外泄漏的易燃、易爆氢气安全地收集起来或放空燃烧掉。

由于压缩介质氢气是易燃易爆气体，在设计活塞杆密封填料结构时，当气体工作压力大于2MPa时，应设有漏气回收，充氮气保护以及填料结构设注油点等有效防泄漏措施。

由于油的粘度比氢气的粘度大得多，故填料注油对减少泄漏是有益的。

为此在填料结构设计上设有注油点。

氢气压缩机的选用
现在的一些用户经常选择的氢气压缩机有几个特点，要求低转速。

低速机械一般来说，运转平稳，噪声低，磨损小，寿命长。

要求无油润滑，革除注油器，使氢气中无油雾夹带，从而提高氢气的纯度，提高商品质量等级，确保使用单位的质量要求。

要求增大单机生产能力，增加排气量满足所有生产的要求。

无论采用何种配置，对单台机的选型均需考虑级压缩比的合理分配，总列数及每级的气缸数。

近代的往复压缩机多采用卧式对称平衡型，按API618的要求，若配置单作用气缸，带台阶的活塞以及串联式气缸均需得到用户的同意。

在确定总压缩级数及级压力比之后根据每列为一个气缸的原则要确定总列数，从压缩机动力平衡的要求，采用偶数列是理想的。

由每级要求的入口流量计算出的气缸直径，再综合考虑总的级数、列数及动力平衡，确定每级的缸数。

除以上技术问题选型参考外，选择氢气压缩机时，首先要选择严格执行美国石油学会标准API618中有关氢气压缩机制造规定的制造企业进行采购，其二要应根据用户实际的工况条件对氢气压缩机进行选择，可以参考制造企业的意见与自己实际需要的因素进行选择。

氢气压缩机的运行
氢气压缩机安装质量必须严格验收，合格才能投入使用。

在氢气压缩机安装时，对氢气压缩机整机的安装质量，必须进行严格认真的全面验收工作，要根据该机规定的技术指标条件逐项进行严格的验收，如曲轴箱的水平，活塞与气缸之间的间隙，十字头与滑道的间隙，各级活塞环与活塞环槽轴的间隙。

3、4级冷却器之间装配时和运转中的间隙，2、3级冷却器与水套间的间隙，均要逐项进行严格检查，只有达到技术条件规定的指标方为合格。

由于氢气压缩机属于特殊用途压缩机，因此，在使用氢气压缩机时注意防爆防燃。

使用中严格按照说明书上的操作规程进行操作，严格控制各级气缸夹套冷却水的出口温度必须高于该进气温度25℃。

定期进行各部件拆捡、修配和刮研工作，这对压缩机的运行起着至关重要的作用。

此项工作可以保证压缩机运行平稳，使压缩机零部件长周期使用。

压缩机在开车时，应缓慢加载，以便使每个压力段有一定的平衡稳定时间，同时操作工必须时常监视测量仪表，一般每隔一小时记录一次各级进出口压力、温度、油压、电流、电压等数据。

需要及时排放各级气液分离器中的油水（一般每隔半小时排放一次），以防液体带进气缸，造成击缸事故。

需要经常注意检查循环润滑油的色泽透明度及粘度，定期取样分析，如发现润滑油颜色发生变化，
出现带水现象，应及时更换。

一般半年左右更换一次。

氢气压缩机在大修过程中应全部检查有关零部件，如轴瓦、气缸、填料、十字头、活塞杆、连杆、曲轴径、十字头销等，对照原始安装记录数据进行修正。

气缸水夹套，中间冷却器、油冷却器内的积垢要彻底清洗掉；各线气阀的弹簧和阀片要全部更新；对压缩机基础也要进行沉降观测，井检查有无裂纹等不正常现象存在。

氢气压缩机在运转中发生的小事故如弹簧折断或阀片断裂，填料或其它管件连接不严密等，都必须立即修理或更换，以免引起更大的设备事故。

氢气压缩机气阀的弹簧品种应严格分开保管，即使是同一种规格但不同厂家制造的弹簧也不要混装在同一只气阀上。

对于氢气压缩机的防爆措施也需要进一步的加强了解，注意室内必须通风良好，保证空气中氢气最高含量不超过1%（体积比）。

总结
本文对氢气压缩机设计结构进行了介绍，对氢气压缩机的选用进行了浅议，然而对于氢气压缩机相关知识还有很多，需要我们进行了解与认识，以达到与同行们共同进步共同提高的作用。