氮气迷宫压缩机关于排气温度高的原因分析

氮气迷宫压缩机关于排气温度高的原因分析

窦洪庆

国能包头煤化工有限责任公司 内蒙古包头市 014000

[摘 要]本文结合某公司30万吨聚丙烯实际生产情况，分析了氮气迷宫压缩机排气温度高的各种因素，重点从原料供应、冷却辅助原料供应、结构设计等方面分析原因，以达到符合提质、节能、增效的目的。

根据公司年产30万吨聚丙烯粒状树脂产品的气相流化床聚丙烯工艺，氮气作为其中的惰性气体，压力容器的吹扫、置换，各种原料气的再生、管口的吹扫、设备的密封等等，其作用不言而喻，所以氮气压缩机的就无可或缺，氮气压缩机的的安全稳定运转就是重点监控的设备之一。

1、压缩机的机构介绍

本装置的氮气压缩机属于敞开式迷宫式活塞压缩机，由压缩部分（完成气体增压）、曲轴箱部分(传递压缩的动力)、隔离部分(将压缩部分与曲轴箱部分隔离)三部分组成。容积式压缩机为气体直接受到压缩，使气体容积缩小、压力提高的机械。这类压缩机由气缸。活塞组成。按照活塞运动方式的不同，由往复活塞式和回转活塞式两种结构形式，前者称为活塞压缩机，后者称为回转式压缩机。

活塞式压缩机：在圆筒形或者方形气缸中具有可往复运动的活塞，气缸上设有控制进、排气的阀门当活塞往复运动时，气缸容积便周期地变化，实现气体的吸进、压缩和排出。本装置的压缩机气缸中心线与地面垂直，故为立式压缩机。

2、压缩机工作过程分析

活塞式压缩机的理论循环分析。首先假定：

1. 气缸余隙容积为零，被压缩气体能全部排出气缸

2. 进、排气过程没有压力损失、压力脉动，也没有热交换。

3. 气缸严密，没有气体泄漏。

4. 气体压缩过程指数为定值。

当活塞自左向右移动时，气体以压力 P 进入气缸，4-1为进气过程，1-2为压缩过程，当压缩压力达到排气压力 P 后，气体排出气缸，2-3为排气过程，如此周而往复4-1-2-3-4 是压缩机级的理论循环压力指示图，4为活塞相对机身最外面的位置，称为外止点，1为活塞相对机身最内部的位置，称为内止点。活塞自外止点到内止点的位置称为行程。

1. 级的进气量

理论循环中，级所吸进的气量V 等于活塞面积A与行程S的乘积。V 是一个活塞行程通过的容积，也称行程容积,V =AS

2. 压缩过程中，容积，压力与温度的关系。

若为理想气体，当自状态T P V ，压缩到 T P V 后，得到

对于实际气体压力与温度的关系式如下，其中k为等熵指数，

氮气在不同温度，不同压力下的等熵指数如下：

假设环境温度为20摄氏度，本装置的氮气压缩机将0.69Mpa压缩到4.4Mpa，根据线性插值法，等熵指数取1.413，根据实际气体压力与温度的关系， 带入 = 得T =230摄氏度，温度太高，导致润滑油乳化，也会导致填料环损坏，对设备损坏造成很大的影响，故采用中间冷却的两级压缩，在实际生产过程中，当夏天温度达到35摄氏度及以上时，排气温度会更高，氮气压缩机的排气温度是重点监控的指标之一，有诸多因素会影响压缩机的排气温度，如:原料气的供应，软化水的水质，气缸与活塞之间的间隙等等都会对排气温度造成一定的影响，以下列举对排气温度高的各种因素。

（1）回气温度高。 表示名义进气压力， 表示名义排气压力，各种间隙在排气结束后均残余有高压气体，当活塞进入下一个进气行程前，残余的高压气体通过间隙直接进入下一级，在通过回流导致气缸吸气温度和排气温度就更高，回气温度升高一摄氏度，排气温度就升高1-1.3摄氏度。

（2）冷却水水质情况。 气体在气缸被压缩过程中，温度升高，就要把热量传递给气缸壁及活塞，必须对气缸进行冷却，及时带走压缩时产生的热量，这样冷却水水质会直接影响压缩机的各级排气温度，冷却水水质不好，会导致堵塞过滤器，进而影响冷却水量，另外，冷却水水质不好，会形成污垢，影响换热器的传热系数，从而影响换热效果，由换热公式

Q=C·∆t·m ∆t=t -t m=v·s

式中：Q—换热量 C—比容 t —冷却水进水温度

t —冷却水回水温度 v—循环水流速 s—冷却水管横切面积

根据能量守恒定律，冷却水的进水温度越低，经过压缩机换热后氮气温度就越低，另外当正常运行时，换热器内部换热面积是固定的，当给水压力越大，单位面积压强越大，水流速越快，流量越多，带走的热量越大，但是并不是流速越大越好，否则冷却水来不及换热，导致冷却效率降低，所以通过改善冷却水质情况，或者在一定范围内加大冷却水压力的办法或者加粗冷却水管径都可以改善换热效果。

（3）余隙容积影响。 在实际生产中，压缩机实际循环要比理论循环复杂的多，压缩机不可能达到理想化，气缸容积不可能绝对密闭，气缸依靠气阀与进、排气系统相隔离，依靠活塞环等密封活塞与气缸之间的间隙，以及依靠填料来密封活塞杆通过气缸的部分等等，这些部位都不可能达到理想化，只有通过减少活塞和气缸间隙来改善气体泄漏。吸气过程结束后，滞留在气缸内的高压气体会有一个反膨胀，气体从高压区向低压区泄露，反膨胀过程中，气体与活塞顶部，气缸顶部接触吸热，反膨胀结束后，吸气开始，气体进入气缸与反膨胀气体混合，温度升高，另一方面，混合气体通过壁面升温，因此气体温度也会相应的升高。

（4）进气温度高。 第一级进气的温度高，导致第二级的排气温度相应升高 ， -名义压力比 。排气温度过高会使润滑油粘度降低及润滑性能恶化，排气温度高，润滑油中轻质馏分容易挥发、裂解，使气体中含油增加，并形成积碳现象。

（5）压缩比的影响。 气体压缩时，压力升高，体积缩小，气体内能增加，必然导致压缩机排气温度高。

式中 为压缩比，K为气体绝热系数，排气温度T 与压缩比成正比，压缩比越大，排气温度越大，导致压缩比大的原因主要有，进气滤网或管道堵塞，级间过滤器滤芯阻力过大，造成进气量和压力偏低。在实际生产中，要尽可能降低压缩比，这样才有效降低排气温度，一般情况下，可以采取提高进气压力或者采用多级压缩的方法，但由于入口压力为0.69MPa为固定管网供给，故本装置的压缩机采用两级压缩。

（6）气阀。 气阀是压缩机的关键，在实际运行中经常发生如下问题：阀座磨损、气阀弹簧折断而造成关闭不严，引起气体的泄露，压缩机运行的经济型和可靠性很大程度取决于气阀的可靠性，进排气阀泄露都会引起排气温度的升高。当排气阀泄露，在吸入过程中，在气缸排气端的高温气体会通过排气阀被吸入到气缸中，导致气缸内吸气温度升高，当压缩时，被吸入气缸的高温气体被再次压缩，在连续不断的压缩循环中，有部分气体被循环压缩，温度将再一次上升。而吸气阀出现泄漏，产生的影响是本级的排气量不能全部被下一级所吸收，从而导致下一级的吸气量不足而本级的残余一部分气体，残余的气体温度高，导致整个循环气体温度上升。

气阀泄漏的主要原因有，装配不当；阀片与阀座之间插入异物；气阀弹簧力过弱或过强，影响排气量；气阀积碳过多。另外，气阀的磨损也会导致排气温度升高，气阀的磨损只要表现在气阀起闭过程中，在气体冲击力作用下，阀门、阀座和升程限制器的相互磨损，阀片和导向块接触处的摩擦磨损及阀片和弹簧间的接触磨损等。这些磨损会产生摩擦热，从而导致排气温度升高。

（7）润滑的影响。 润滑油要有较高的粘度、闪点和稳定性，在操作温度下才能保证一定油膜强度，油质差不仅起不到润滑的作用，反而会加剧磨损，影响活塞环密封性能，注油量过多时，在高温下将产生油的分解变质，油中轻组分气化，而重组分在高温下形成积碳，积碳将破坏正常的润滑，加速运动机件磨损，甚至使活塞环卡住，破坏密封性能，同时过多润滑油带入气阀后，在阀片与阀座间形成粘膜，产生吸附力，即通常所说的油膜粘滞，增大开启时的阻力，如果积碳沉积在气阀里，使之严密性受破坏，最终将使出口温度异常增高。

3、结语

往复式压缩机排气温度过高，对机组有严重的危害：其一排气温度过高，会使润滑油粘性降低，性能恶化，加速润滑油的分解或变质，在气缸壁、气阀及气缸通道内积碳，造成气阀关闭不严使压缩机效率降低，或是堵塞气阀造成事故；其二压缩机的活塞环、支承环和密封填料等非技术密封元件易于老化变质和变形，降低使用寿命，对装置的平稳生产有很大的影响。

参考文献

[1] JB∕T 6428-2016 无润滑往复活塞高纯氮气压缩机

[2] 注册设备工程师动力专业执业资格教材。

[3]往复式压缩机排气温度过高问题的研究[J].轻工科技。

[4]分析影响往复式压缩机排气温度的因素[J].通用机械。

[5]往复式压缩机技术问答 石油化工出版社出版。