油氣輸送羅茨鼓風機技術改造

山東錦工有限公司是一家專業生產羅茨風機、羅茨鼓風機等機械設備公司，位于有“鐵匠之鄉”之稱的山東省章丘市相公鎮，近年來，錦工致力于新產品的研發，新產品雙油箱羅茨鼓風機、水冷羅茨鼓風機、油驅羅茨鼓風機、低噪音羅茨鼓風機，贏得了市場好評和認可。此類產品已廣泛應用于電力、污水處理、環保、化工、鋼鐵、建材、農藥、制藥等行業。產品和服務遠銷全國各地及東南亞，深受客戶好評。

揚州石化有限責任公司常壓裝置塔頂油氣輸送風機——羅茨鼓風機（型號TAR100， 8 Nm3/min，1480 r/min（變頻），0.15（出口）Mpa，37KW，兩級鼓風，帶傳動，年運行8000 h），壓縮常壓塔頂輕烴并輸送至催化裂化裝置氣壓機入口由吸收穩定單元進行分離，主要分離出液化氣，干氣。當前裝置原油處理量42.3萬T/年下，該風機正常工作狀態下一、二級出口壓力分別為0.10、0.12Mpa，一、二級出口壓力均大于催化裂化氣壓機入口壓力（0.06 Mpa），維修頻次約6次/年，故障維修時間較長約60h/次，使用循環冷卻水≥2T/ h。

經過技術經濟分析后認為，由于氣體管路阻力較小，輕烴向氣壓機入口輸送的能力有富余；故障時設備維修次數及單次維修時間過長；風機轉速存在200-300rpm的波動等問題。因此在機組輸送能力和設備有效利用率上有改善的空間。

二、項目內容與實施效果

從節能和降低機組故障率的目的出發，我們提出了以下幾點改進措施：

1、降低機組負荷從而降低電機電流。因電機故障率較低，運行周期一般為風機的6倍以上，故改兩級鼓風為一級鼓風，拆除電機雙側皮帶中的一側，壓縮油氣流程由串聯改為并聯/串聯均可使用，一般根據管路沿程壓降計算公式△P=λ×ρ×（L/D）×（V-2/2）（單位：Pa）可以計算得出管路壓降。為簡化計算過程，查相關圖表得知：DN80mm，L=100m空氣管道的阻力降約為0.254～1.892KPa，輸送油氣的管道阻力降≤3.5 KPa。所以正常情況只運行風機其中一級即可達到輸送要求，另外一臺風機則變為備用機。機組負荷降低近35%，實測電機電流從45A降至30A，電機功耗降低約33%，同時僅增加四千元的管路流程改造投資即獲得備用風機一臺。

2、提高設備有效利用率。減少定期/臨時維修時間，從而減少因維修導致的輕烴放空/放低壓瓦斯管網的泄放量。改為單級鼓風后，另外一臺風機等于多出了一臺備用機組，一臺發生故障時，僅需20分鐘的時間用來更換皮帶、切換機組，機組故障維修時間由60 h/次×6次 /年（約360 h /年）降至20min×6次=2 h/年，減少油氣泄放約360 h。

3、降低軸承故障率，節約中小修費用。原機組的軸封采用的是光軸+骨架油封（4片）密封，該密封形式不能保證對介質的完全密封，運行一段時間后，泄漏出來的輕烴組分冷凝后就會積存與軸承座，溶解稀釋了潤滑脂，造成潤滑不良，軸承損壞頻繁。拆解分析，我們采取了采用螺旋槽密封+反向密封氮氣流程，用節流孔板+針形截止閥控制氮氣流量。

當氮氣通過連續螺旋時，其流動狀態發生變化，承受周向速度Vt和周向壓力P。Vt可分解為沿齒槽流動的速度V1和垂直于齒面的速度V2，V2可再次分解為軸向分速度Va，借助于螺旋槽的推進，形成“泵送”作用而將少量氮氣不斷反向輸送至壓縮腔內，形成密封。該措施增加氮氣用量約1m3/h，保證了軸承座內微正壓，充分保護脂潤滑軸承避免與輕烴接觸，延長軸承使用壽命三倍以上。

4、停止一、二級間循環冷卻水的使用達到節水目的。烴類熱裂解總會產生焦類物質，測量原級間氣體溫度，夏季風機出口介質溫度最高溫度為65℃，測得軸承及同步齒輪傳動機構溫度為68℃，該溫度未超過廠家設備安全設防值75℃，在該溫度下不會導致介質油氣的結焦傾向加大。所以，無級間冷卻水仍能滿足工藝生產和設備安全的要求，可以節約使用循環水≥1.5T/ h。

5、改善羅茨風機轉速不均勻狀況。轉速時不均勻時，零部件承受交變應力，長此以往，易破壞產生突發故障。羅茨風機轉速是否平穩主要受變頻器工作穩定狀況、氣體負荷變化、級間帶液情況、皮帶是否打滑等影響，是根據常壓塔塔頂壓力進行控制的，常壓裝置原油加工量增大后，原有入口管線、換熱器、壓降變大。塔頂壓力升高時，風機轉速應升高，而此時吸入氣體量卻不足，導致風機產生短時“飛車”現象。數據分析及現場查看后認為，從塔頂→塔頂油氣冷卻器入口→冷卻器出口→頂回流罐→風機入口緩沖罐壓力分布分別為70Kpa→65Kpa→35Kpa→10Kpa→4Kpa，因此初步判斷常壓塔頂系統結鹽或管路流通能力不足現象，壓降較大部位見下圖。

①在冷卻器處壓降最大。結鹽機理如下：原油加工過程中，有機氯發生分解生成HCl或無機氯的鈉鹽、鈣鹽、鎂鹽。常壓塔頂注入氨氣（NH3），NH3 和HCl反應生成NH4Cl，當塔內出現液相明水時形成NH4Cl水溶液NH4Cl水溶液在流動過程中隨溫度的升高，水分逐漸失去而成為一種黏性很強的半流體與鐵銹等一起沉積附著在設備、管線內壁，導致流通截面變小，壓降增大。

②頂回流罐→風機入口緩沖罐的壓降較大，導致頂回流罐→風機入口緩沖罐管道（DN80mm）為利舊，小于風機入口管徑（DN100mm），目前無法更換。

在滿足塔頂油氣冷卻效果的情況下，稍開冷卻器副線閥后，壓力變化為70Kpa→60Kpa→43Kpa→18Kpa→10Kpa，風機轉速目前僅有20～50rpm的波動，情況大有好轉。

三、經濟效益與社會效益分析

措施（1）節省用電約為7KW×24 h×330=55440 KW·h，即減少電費（0.6166元/ KW·h）支出約3.4萬元。

措施（1）增加初始投資0.4萬元，分攤后約0.03萬元/年。

措施（2）每年減少油氣（約5000元/T）放大氣/放低壓瓦斯總網約0.102T/ h×360 h=36.75 T，約18.375萬元。

措施（3）增加氮氣消耗（1.20元/ m3）約1m3/h×8000 h =8000 m3/年，約9600元。

措施（3）減少中小修及配件費用（1160+2000）元/次×3次/年=9480元/年。（每次維修，軸承約500元，油封約480元，皮帶約180元，工時費約2000元）

措施（4）減少循環水使用約≥1.5T/h×8000 h=12000 T/年。約1萬元。

以上合計節約22.545萬元/年，取得了較好的經濟效益；同時大大減少了油氣放空/放低壓瓦斯管網，取得一定的節能減排社會效益。

四、存在的主要問題和改進措施

由于羅茨風機轉速仍有少量波動，預計下次裝置計劃大修時，采取更換塔頂油氣出口管線、增大羅茨鼓風機風機入口管線和清洗管路、換熱器等措施，增大流通面積，降低壓降，使羅茨鼓風機轉速更加均勻。

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