Компрессоры, используемые на предприятиях нефтегазопереработки и нефтехимии

Химическая, нефтеперерабатывающая и нефтехимическая отрасли промышленности являются основными потребителями крупных поршневых компрессоров. Они применяются, в частности, в производствах аммиака, метанола, карбамида, этилена, полиэтилена и других продуктов.

Поршневые компрессоры находят также применение в газовой, в металлургической, машиностроительной, холодильной, пищевой и других отраслях промышленности.

В последнее время выпускаются многорядные оппозитные компрессоры, предназначенные для сжатия в отдельных цилиндрах разных газов. Примером таких многослужебных компрессоров может служить машина 6М40-320/200, которая сжимает водород до 15,0 МПа и азот до 20,0 МПа.  

Схемы баз оппозитных поршневых компрессоров приведены на рис.  

Базой поршневого компрессора принято называть совокупность унифицированных узлов кривошипно-шатунного механизма. В комплект узлов, повторяющихся в ряде компрессоров, входит станина с коренными подшипниками и направляющими крейцкопфов, коленчатый вал, шатуны, крейцкопфы, узлы системы смазки кривошипно-шатунного механизма и механизма проворачивания, если он не относится к электродвигателю.

 

Рис. 6.2.  Схемы баз:

а) оппозитного  компрессора с взаимно расположенным движением поршней в противолежащих рядах; б) - горизонтального компрессора с односторонним расположением цилиндров; в) - оппозитного компрессора с согласным движением поршней; г) – оппозитного Н – образного компрессора.  

 

Оппозитное исполнение баз характеризуется расположением шатунов и крейцкопфов по обе стороны коленчатого вала (рис.6.2,. а, в, г) в отличие от старых горизонтальных баз, в которых шатуны и крейцкопфы располагаются по одну сторону коленчатого вала (рис.6.2, б).

На оппозитной базе компонуют в различном сочетании цилиндры, получая компрессоры различных назначений и параметров по производительности и давлению. Модификации оппозитных баз различают по числу рядов.

Оппозитные базы могут иметь в противоположных рядах взаимно противоположное движение крейцкопфов и поршней (рис.6.2, а, г) а также согласное или смешанное на различный угол поворота вала (рис.6.2, в). 

Взаимно противоположное движение достигается смещением колен вала каждой пары противолежащих рядов на 180^о. Опора между парными коленами отсутствует, и они имеют общую щеку (рис.6.2, а). В этом случае газовые силы и силы инерции, движущихся возвратно-поступательно частей в каждой паре оппозитных рядов уравновешены и коренные подшипники разгружены. Компрессоры с взаимно противоположным движением поршней имеют только четное число рядов цилиндров. 

Оппозитные базы со смешенным движением крейцкопфов имеют опоры между всеми коленами вала. В этом случае угол между коленами обычно не равен 180^о. Преимуществом такой конструкции является большая жесткость рамы и коленчатого вала, а также возможность выполнения компрессора с нечетным числом рядов, недостатком – худшее уравновешивание газовых сил и сил инерции в противолежащих рядах и значительная нагрузка на подшипники. 

Для привода отечественных оппозитных компрессоров разработана серия быстроходных синхронных электродвигателей в открытом исполнении, а также взрывозащищенном исполнении с продувкой воздухом под избыточным давлением мощностью от 320 до 6300 кВт.

 

Поршневые компрессоры малой

Производительности

Поршневые компрессоры малой производительности в большинстве случаев являются многооборотными и бескрейцкофными. В этих машинах вал установлен в подшипниках качения, и смазка цилиндров осуществляется разбрызгиванием из картера. Выпускаются компрессоры стационарные и передвижные. Приводом для передвижных компрессоров служат двигатели внутреннего сгорания и электродвигатели. Передвижные компрессоры выполняют с воздушным охлаждением Небольшие компрессоры, предназначенные для стационарных условий работы, выполняют как с воздушным, так и с водяным охлаждением.

 

Поршневые компрессоры средней

Производительности

Компрессоры средней производительности выпускаются горизонтальными, оппозитными, угловыми и вертикальными. 

Угловые компрессоры занимают меньшую площадь, хотя динамическая уравновешенность их хуже, чем оппозитных. Примером могут служить угловые вертикально-горизонтальные крейцкопфные компрессоры типа П (прямоугольные), которые чаще всего выполняют двухрядными. 

Условное обозначение (марка) компрессора характеризует основные параметры базы и машины. Например, марка 202ВП10/8 означает, что компрессор прямоугольного типа собран на угловой базе, в которой усилие на шток достигает 2 т, предназначен для сжатия воздуха, производительность компрессора 10 м³/мин, давление нагнетания 8 кгс/см². Цифра, стоящая перед нулем, означает, что компрессор модернизован и указывает номер модификации. В уловное обозначение компрессора без смазки вводится буква С после первой цифры, например 2С2ВП10/8.

 

Рис. 6.3 а.  Продольный разрез компрессора 205ВП30/8

 

 

 

Рис. 6.3 б. Поперечный разрез компрессора 205ВП30/8:

1 – шатун; 2 – сальник; 3 – поршень; 4 – клапан; 5 – промежуточный холодильник; 6 – шток; 7 – крейцкопф;  8 – направляющие крейцкопфа; 9 – рама;     10 – цилиндр; 11 – статор электродвигателя; 12 – коленчатый вал; 13 – ротор электродвигателя; 14 – подшипники.

 

 

На рис. 6.3 а,б, показаны продольный и поперечный разрезы компрессора 205ВП30/8. Компрессор двухступенчатый, служит для сжатия воздуха. Производительность компрессора 30 м³/мин, конечное давление 8 кгс/см².  Данный компрессор в основном используется на предприятиях нефтегазопереработки для обеспечения воздухом  привода приборов КИП и А, а также для иных технологических операций (продувка трубопроводов и аппаратов, а также их опрессовка и т.д.). 

Рама компрессора 9 представляет собой чугунную отливку коробчатой формы, на ней монтируют все остальные узлы машины. Для свободного доступа к узлам и деталям, требующим осмотра и ремонта, в раме имеются люки. К внутренним поперечным ребрам рамы крепят гильзы 8 - направляющие крейцкопфа. Гильзы выполнены из износостойкого чугуна и в случае износа легко заменяются. Нижняя часть рамы служит резервуаром для масла. Все отверстия и люки плотно закрывают крышками, а в месте, где коленчатый вал выступает наружу. Устанавливают уплотняющее войлочное кольцо, что исключает возможность загрязнения масла извне.

Рама компрессора отлита с фонарем, к которому крепят статор электродвигателя 11. Прямоугольные окна в фонаре предназначены для прохода окружающего воздуха через электродвигатель. 

Стальной штампованный коленчатый вал 12 компрессора имеет одно колено, к которому присоединяются оба шатуна. Вал установлен на двух роликовых подшипниках 14. На щеках коленчатого вала укреплены чугунные противовесы для уравновешивания инерционных усилий движущихся масс кривошипно-шатунного механизма. Спиральная шестерня, установленная на конце коленчатого вала, передает вращение масляным насосам. Ротор 13 электродвигателя насажен на конец коленчатого вала.  

Крейцкопф 7 выполнен за одно целое с башмаками и соединен со штоком 6 двумя закладными гайками, которые крепятся стопорными винтами. Гайки позволяют регулировать зазор между торцами поршня3 и цилиндра в крайних положениях поршня. Палец крейцкопфа при сборке запрессовывают в тело крейцкопфа и стопорят пружинным кольцом. В компрессорах установлены поршни облегченного типа.

Верхние головки штампованных шатунов 1 неразъемные. В них размещены игольчатые подшипники без внутренней обоймы. Нижние головки шатунов разъемные, с вкладышами, залитыми баббитом. Крышка нижней головки соединяется с телом шатуна двумя шатунными болтами из термически обработанной хромоникелевой стали.

Цилиндры и крышки цилиндров 10 охлаждаются водой. Во всех случаях, где это конструктивно оправдано, в цилиндры вставлены сменные рабочие гильзы, выполненные из специального износоустойчивого чугуна.

На компрессорах типа П применяют самодействующие пластинчатые клапаны 4 двух видов: кольцевые и прямоточные. В кольцевых клапанах пластины установлены перпендикулярно потоку газа и прижимаются к седлу пружинами, расположенными по окружности. Пластины изготовлены из легированной термически обработанной стали с повышенной износостойкостью и высокой ударной вязкостью. В прямоточных клапанах пластины установлены вдоль потока газа и прижимаются к седлам силами собственной упругости. Поток газа в этом клапане движется между пластиной и седлом, не изменяя своего направления. Кольцевые и прямоточные клапаны закреплены в гнездах упорными ботами и специальными нажимными стаканами, направляющими поток воздуха.

В цилиндрах компрессоров применяют самоуплотняющиеся сальники 2 с уплотняющими элементами различной конструкции. Ранее применялись сальники с чугунными и фторопластовыми уплотняющими кольцами. В настоящее время выпускают компрессоры с сальниками, имеющими конические уплотняющие элементы из различных антифрикционных композиций, состав которых входит фторопласт-4. Сальник этого типа состоит из нескольких последовательно расположенных секций, в каждой из которых кроме корпусной детали имеются уплотнительное, дроссельное и нажимное кольца и стягивающая их упругая муфта. Каждый пакет уплотняющих элементов поджимается с торца точечными кольцевыми пружинами, которые создают начальное уплотнение.

Между 1 и 11 ступенями всех многоступенчатых компрессоров расположен встроенный в раму промежуточный холодильник 5 с батареями из овальных оребренных трубок, которые отличаются незначительным сопротивлением протекающему газу, компактностью и легкостью. Между последующими ступенями установлены кожухотрубные холодильники из стальных трубок и холодильники типа «труба в трубе» с продольными ребрами. 

Смазка компрессоров осуществляется двумя независимыми маслосистемами. Первая система смазки - от многоплунжерного насоса (лубрикатора) – предназначена для подачи масла в цилиндры и сальники. В компрессорах без смазки эта система отсутствует. Вторая (циркуляционная) система предназначена для смазки кривошипно-шатунного механизма. В блок смазки входят: шестеренчатый масляный насос, щелевой фильтр и масляный охладитель. Конструкция масляного фильтра позволяет без остановки машины очищать фильтрующие элементы скрепками, поворачиваемыми рукояткой.

В компрессорах типа П применена открытая система водяного охлаждения. Вода, пройдя масляный и газовый холодильники и цилиндры, поступает в сливные воронки с открытыми окнами, через которые можно следить за количеством и температурой охлаждающей воды.  

У компрессоров общего назначения регулирование производительности осуществляется автоматически. При повышении давления в сети выше установленной нормы используют дополнительные мертвые пространства, вследствие чего производительность компрессора снижается до 60%  от номинальной. 

Система автоматики и защиты воздушных компрессоров обеспечивает:

- аварийную остановку приводного электродвигателя при падении давления смазки в механизме движения компрессора и повышении температуры воздуха на нагнетании каждой ступени выше допустимой;

- ступенчатое регулирование производительности (100 и 60%  от номинальной для компрессоров 202ВП10/8 и 205ВП30/8);

- выдачу информации о причине аварийной остановки.  

Для оперативного управления компрессором на диспетчерском щите имеются приборы сигнализации, приборы, контролирующие давление и температуру воздуха по ступеням компрессора, наличие напряжения, приборы, включающие электродвигатель и регулирующие производительность.

Система автоматики газовых компрессоров по своему решению и конструктивному исполнению значительно отличается от схем автоматики воздушных компрессоров. Это вызвано условиями эксплуатации газовых компрессоров во взрывоопасных помещениях. Автоматика обеспечивает защиту компрессора от аварии, отключая электродвигатель и одновременно подавая световой и звуковой сигналы в случаях:

- падения давления масла в циркуляционной системе смазки компрессора;

- прекращения подачи охлаждающей воды;

- отклонения давления газа на всасывании от допустимых величин;

- неправильного распределения давления газа по ступеням;

- превышения конечного давления;

- прекращения продувки электродвигателя. 

Схема автоматики предусматривает возможность подключения дополнительных сигнальных устройств, показывающих причину аварийной остановки компрессора, а также устройств, блокирующих электродвигатель компрессора при аварийных нарушениях технологического режима работы установки, в состав которых входит компрессор.