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我国工艺用往复式压缩机发展沿革

2020-04-20 16:38:34

1 化肥生产用压缩机


1.1 解放初舶来之压缩机


新中国建立之初,供化肥生产用的压缩机,皆为往复活塞式。除了原永利宁厂(南京市大厂镇)、原大连化工厂(甘井子)的德、美、日压缩机,新投入运行的都是原苏联苏姆市伏龙芝(元帅) 机器制造厂产的两种型号1г-166/320、1г-266/320压缩机。


前者容积流量166 m3/min,排气压力32 MPa,正压通风同步电动机功率3000 kW;后者则为266 m3/min,32 MPa,4000 kW。


二战后生产的1г-166,技术状态并不成熟,如主轴瓦比压太大易损,虽总共才制造了4台,却竟然“毫无保留”地悉数售发往我国大化等厂投运。


在1г-166经验基础上制造的1г-266,则相对尚好。原“156项”的原吉林化肥厂、太原氮肥厂、兰州化肥厂,其压缩机车间皆配置12台1г-266。一个压缩机车间的耗电量,相当于当年并不算小的5万kW火电厂之产能。


在以煤为原料的化肥厂里,1г-166、1г-266之压缩介质皆为氮气与氢气的混合气体,用以在高压力条件下生产合成氨,最终产品是硫酸铵或碳酸氢铵,或者生产硝酸铵———高爆TNT。


1.2 军企大型压缩机


1955年,原大连化工厂机修厂仿制了2400HP大型氮氢气高压压缩机,开国产工艺流程用大型压缩机之先河。


1958年,在压缩机专业厂尚不具备条件的情况下,我国军工企业勇挑重担,既是庞然大物(1г-266全长16 m,总重数百吨),却又不失精细的化肥生产用大型高压往复活塞压缩机。


位于黑龙江省齐齐哈尔市的原国营和平机器厂(127厂)、位于沈阳市郊的原国营东北机器厂(724厂),分别制造了仿苏1г-266/320及仿捷克斯洛伐克斯柯达公司2SLK1100(2-2列,S-6级,L-卧式、K-压缩机,1100-第I级气缸直径1100 mm)。“大跃进”年代的“蚂蚁啃骨头”———机械制造工艺中“以小干大”,即虽无大型标准机床,却以小动力头对大工件进行机械加工,就是724厂围


啃气缸之创举。当年主流报纸曾刊发机加工现场照片。


1.3 军转民大型压缩机


2SLK1100,容积流量130 m3/min、排气压力32 MPa、正压通风同步电动机2500 kW,后移交原上海精业机器厂生产,即2N45型,亦即著名的“红旗牌”压缩机。


沪机最初投运于原衢州化工厂,总结经验后批量生产,成为称雄化肥厂20余年的“省级”2.5万t/a合成氨厂用主力压缩机型。


2N45额定转速125 r/min,但众多化肥厂在计划经济增产指标重压下,“改造”增速为150 r/min,出现了若干问题,终被回归原转速。


交大机械系刘定邦总工程师主持研发的大型高压对称平衡型H22 (活塞力220 kN、H型),成功地取代了2N45,批量生产,制造和运行综合经济效益良好。


1.4 化肥新品种促压缩机科技进步


1960年,尿素成为国际化肥成熟新品种后,我国化肥工艺流程自然要配耐腐蚀的二氧化碳压缩机。


原上海大隆机器厂及时仿制成功了捷PLK920(P-5级,L-卧式,K-压缩机,920-第I级气缸直径920 mm),运行于原上海吴泾化工厂。


单列卧式、极低转速的PLK (刺刀式),功率值处于大、中型压缩机的分水岭,而其经济技术水准也显然已大大落后于美、德之对称平衡型。


原中央大学机械系毕业的原沈阳气体压缩机厂(以下简称沈气厂) 陈克明总工程师,不失时机地抓牢:研发替代PLK的4M12,必获显著成效,且其体量大小非常适合当时的沈气厂制造能力,还能为日后系列化派生品种打好基础。


1963年,陈克明总工程师率沈气厂强大技术团队与原机械工业部通用机械研究所共同敲定方案。


此4列M型、活塞力120 kN的自行设计名机,是我国推出最早的中大型对称平衡型工艺流程压缩机,派生品种很多,累计生产台数多多、应用领域广泛,衍生至今不衰,不失为精品。


1.5 6D32压缩机


针对巨无霸1г-266/320压缩机,以自行设计新品取代,是我国压缩机专家们的夙愿。


早在1960年,原通用所和沈气厂的压缩机专家们,就会同驻所原苏联专家多勃罗克隆斯基(全苏化工机械科学研究院列宁格勒分院大型压缩机设计专家),几次研讨“4D330”、“4D333”压缩机技术方案,并最终确定为6D32压缩机,由原通用所负责设计。


首型6D32-285/320,为6列对称平衡型、M型,公称活塞力320 kN,排气压力32 MPa,容积流量285 m/min,以转速214 r/min、4000 kW正压通风同步电动机驱动。


该课题负责人是1952年清华大学毕业的金文祺九级工程师。1948年原北洋大学(现天津大学)机械系毕业的第五研究室费安顺副主任七级工程师、老中央大学机械系毕业的苏又泉副所长三级工程师,亦皆深入课题组多次反复研究各种设计细节。在多勃罗克隆斯基被撤回国的情况下,设计工作正常进行。


6D32技术设计终告完成后,尚需上级一机部主管机关认可,以及预期使用部门———化学工业部有关领导同意,还需由一机部下达有试制实力的大型机械厂执行。


1963年,一机部一局(通用机械) 和化工部设备司在原北纬路旅馆,由陈俊柄、翁盛光共同主持,通过了对6D32及4M12压缩机的行政会审,笔者起草的“关于发展6D32压缩机的报告”上呈后,一机部技术司陶亨咸司长主持,会同一机部三局(重型机械)、一局,会审拍板6D32上马,行文原太原重型机器厂下达试制任务。


6D32设计组移师太原,转入结合太重具体条件进行施工设计阶段。6个曲拐的整体锻造合金钢重型曲轴,只能由擅长大型低速柴油机制造的军工厂———沪东造船厂提供精加工制成品,总算解决了难题。


首型首台6D32压缩机就位于原石家庄化肥厂,总体运行状况良好,成为当时国内自行设计在役的往复式压缩机配件


众所周知,氮肥生产工艺流程,大框架少变动,而局部时有调整。当太重面临国家“大打矿山之仗”的大局,将6D32转移给上压生产时,因化肥工艺流程改动,机身、传动部件不变,压缩容积部件稍变,派生为6D32-I。


1.6 独具中国特色的小化肥压缩机


20世纪50年代后期至70年代,我国主力合成氨厂产能远远满足不了广大农村对化肥之钜量渴求。再加上“三年困难时期”对国民经济大类排序为“农、轻、重”,在政策指引下小型合成氨厂遂成遍地开花之势。最初的800 t/a县级、2000 t/a地级合成氨厂,后来逐步演化为5000 t/a,10000 t/a级或更高。


1959年,原一机部在北京召开“三机一门”(压缩机、制冷机、制氧机,阀门) 会议。800 t/年小合成氨厂用压缩机的结构型式,会上定不下来。


立式、卧式、L型、对称平衡型,究竟孰优孰劣?


一机部系统实施试制的分工:立式———原南京通用机械厂;卧式———原蚌埠空气压缩机厂(当时安徽省委书记曾希圣同志亲临厂内堆沙袋的空气介质试车现场坐镇);L型———原沈气厂,D6.5对称平衡型———原大连化工机械厂(后为大连冷冻机厂,现在的大连冰山集团)。原通用所参与设计。在京的原化工部化工机械研究所,也推出了自行设计的对称平衡型压缩机,并运行于沈阳市大东区。


国家给小氮肥厂以政策性补贴。江苏省丹阳县异军突起,其小氮肥厂在经济上并不亏损。这就成为化工部向全国推广,各地竞相学习的样板。


原上海精业机器厂率先以国产自行设计的4L-20/8型空压机机身、传动部件为基础,将活塞行程由240 mm降为200 mm,推出了“双L型”氮氢气压缩机,以6级或7级压缩来适应不同的工艺流程,作为主力机型成功地运行于2000 t/年、5000 t/年合成氨厂。


此“L3.3”机型由原无锡通用机械厂等全国范围内机械工厂大批生产,作用巨大。


1965年时,全国化肥供应量又告急。原通用所奉命组织联合设计,以D6.5为基础改型。原赣南通用机械厂(现江西气体压缩机上海十一选五) 等全国范围内工厂成批生产。


文革期间,原沈气厂新品4M8 (鞍山、荣成、涡阳等化肥厂用),原上压新品H8 (嘉兴等化肥厂用),技术成熟度皆较高,成为小化肥厂大型化的最给力压缩机。


不同规模等级的小化肥厂及其在役压缩机,历史功绩永存!


1.7 最初的国产“大化肥”用压缩机


20世纪70年代,经慎重论证,中央下决心花巨额外汇从西方引进了13套30万t/a合成氨大化肥厂成套设备。紧随国家急需,压缩机国产化迫在眉睫。


以离心式为主体的“大化肥”三机———氮氢气压缩机、空气压缩机、氨制冷压缩机,最初由上海市机电一局在全国率先组织强力企业———原上压、原上海鼓风机厂、原上海冷冻机厂推出。当时,高排气压力的离心式氮氢气压缩机之机械密封,自然还是借助于“高位油罐”来实现气密运转。


1.8 现今的“中化肥”用压缩机


(1) 6M系列大型压缩机。原华西通用机器公司(现四川大川压缩机有限责任公司) 在认真审阅6D32型压缩机全套图样,广泛吸取国内外同类机型先进技术的基础上,于1996年一举推出6M系列3种6列对称平衡型压缩机,为中化肥企业做出了新奉献。


其6M40-340/314型氮氢气压缩机,活塞力385 kN,轴功率4722 kW,容积流量340 m3/min,排气压力31.4 MPa,行程480 mm,转速273 r/min,质量248 t,外形8126 mm伊7277 mm伊2866 mm,正压通风同步电动机功率4800 kW、质量45.1 t (转子质量20 t)。双作用第玉级气缸(直径1400 mm) 和双作用第域级气缸(直径900 mm) 构成相对两列,位于电机最远端;单作用遇级气缸(直径180 mm)和双作用第吁级气缸(直径200 mm)为相对两列,位于最近电机端;双作用第芋级气缸(直径540 mm)和双作用第郁级气缸(直径330 mm)为相对两列,居中。活塞杆直径110 mm,主轴颈/曲柄销直径340 mm,十字头销直径180 mm,十字头直径540 mm,连杆长度1200 mm。


6M系列压缩机的技术特色:


(a) 继承了6D32动力平衡性好的先天优势,三对对动列的曲柄错角互为120°,精心设计可使惯性力、惯性力矩达到完全自平衡。


(b) 注重机身、中体等基础件整件刚性的加强。作为承受侧向力及倾覆力矩的关键部件,中体设计成双间隔室、内置加强筋、整体倾斜式箱形。中体与机身接触面的着力点正对着机身内的主轴承位置,从而使基础件的整体刚性甚佳,为老机型所莫及。


(c) 十字头与活塞杆、活塞杆和活塞的联接,均为液压拉伸式。通过提供准确的预紧力,保证了联接时不因人为因素而造成附加弯曲力矩,且快捷、省力、方便。由于充分考虑了我国材料工业与发达国家的差距,留足了活塞杆直径裕量,保证了运行安全可靠。对活塞杆螺纹还实施了滚压工艺,提高了表面硬度和抗疲劳强度。


(d) 系列机型的气缸布置做到了一列一缸,安装、维修便利。更因气缸取消平衡段,高压级活塞环漏气率大为减小,节能效果显著。在曲轴两侧对称布置气缸,使级间设备、管道配置方便,整机曲轴方向尺寸小,而气缸中心线方向尺寸又比级差式气缸或串接气缸小许多。


(e) 一列气缸布置,使现场空气试车或并网试重车时,在逐级增压过程中没有超活塞力的风险。


(f)采用了美国石油学会标准API618推荐的,气缸的气流方向为上进下出,并使吸排气缓冲器靠近气缸,以避免可能析出的凝聚液造成的危害,减轻气流压力脉动和管道振动,还有助于降噪和节能。


(2) 山东潍坊生建集团、沈阳申元气体压缩机有限责任公司、温州固耐化工机械制造上海十一选五、宝鸡博磊化工机械上海十一选五,皆是“中化肥”压缩机及改造型的主力制造企业。


(3) 以“中化肥”用压缩机为发端的,在国产工艺用高压大型往复活塞式压缩机中,取消“平衡段”、采用倒级差气缸,有效减少功率消耗。


1.9 国产合成氨用魁号往复活塞压缩机


对称平衡型压缩机中,每一对相邻的曲拐,其曲柄错角恒为180毅,使位于机身两侧的两列,做相向或反向运动;每一对相邻的曲拐之间无支撑,而由该二曲拐外侧的二轴瓦形成对其共同的支撑。对置式压缩机则以曲轴的转矩平衡为基本出发点,其每一个曲拐的支撑系统皆是独立的,即各曲拐间皆有轴瓦,各列分布在机身两侧。对称平衡型、对置式皆属卧式,即气缸中心线为水平布置者。压缩机的活塞力愈大,对置式之刚性强的优点愈突出。


原上海压缩机股份上海十一选五(现上海大隆机器厂上海十一选五) 设计制造的该机,2000年即已投运于中石化南京化学工业上海十一选五,向进口机叫板。系8列、8缸,进气压力0.1 MPa,排气压力32 MPa,供气量433 Nm3/min (26000 Nm3/h),气体力1000 kN,电动机功率7700 kW,严格符合美国石油学会API618标准。


2 新氢、循环氢等加氢压缩机


2.1 石油炼制、石油化工产品的点睛之笔作为各种炼油装置、石化流程的关键动设备之一,加氢压缩机对下游多种制成品之品级,皆起了画龙点睛的决定性作用。合成氨用往复式氮氢气压缩机,曾经长期占据大功率、大活塞力往复机巅峰的位置;而当石油化学工业高度发达以后,不断向大型化迈进的新氢压缩机,毫无争议地独占了大型往复机之鳌头。


2.2 国内首台大型加氢压缩机启用


1966年初,由原石油工业部和一机部联合召开的加氢压缩机会议,在原通用所举行。原抚顺石油设计院佟副院长、原北京石油设计院三室袁宗虞主任、原大隆机器厂戴行钝副总工程师莅会。意在明确将库存1丐-266/320大型高压氮氢气压缩机低压列革除,并改造为大型新氢压缩机的可行性。


会后,由大隆、通用所改型设计,大隆制造。该机是国内运行的首台大型加氢压缩机,服役位于龙凤的原大庆炼油厂(现大庆石油化工总厂)


2.3 国产早期气缸无油润滑小型加氢压缩机以气缸无油润滑为界定前提,我国流程用小型加氢压缩机(2列对称平衡型、活塞力65 kN)的开拓者,是原无锡通用机械厂(现威克集团)和原沈气厂。原北京东方红炼油厂(现燕山石化集团)、原抚顺石油三厂,既是国产氢压机试用者,也是进口氢压机使用者。


2.4 我国大型加氢压缩机的群体制造实力


在引进德国BORSIG公司大型往复压缩机设计制造技术基础上,原沈气厂推出4列、活塞500 kN之大型新氢压缩机4M50。


4M50首台运行于原中石化镇海炼油厂(现镇海石油化工总公司),继而多台投运于中石化茂名石化公司等多个单位。


在由4M50向4M80 (4列、活塞力800 kN)的大幅度跨越进程中,及时决策至为关键。


时下,沈阳透平机械股份上海十一选五往复机事业部、上海大隆机器厂上海十一选五、无锡压缩机股份上海十一选五(威克集团)、沈阳远大压缩机上海十一选五、上海东方压缩机制造上海十一选五等企业,共同构筑成我国大型往复活塞压缩机制造群体。其加氢压缩机产能强劲,已在全球加氢压缩机销售额中占有大份额。活塞力高达1000 kN、1500 kN这样的往复压缩机,业已无需舶来,尽可出自华夏。


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