超高压压缩机在高压聚乙烯装置中的发展前景

超高压压缩机在高压聚乙烯装置中的发展前景

孙滨

中国石化北京燕化石油化工有限公司化工一厂,102500

【摘要】高压聚乙烯装置超高压压缩机出口压力可达300MPa,在世界范围内此种超高压压缩机供货商只有瑞士的苏尔寿和意大利的新比隆；其产品各各有特点。随着高压聚乙乙烯的技术不断向前发展，作为高压聚乙烯心脏设备之一的超高压压缩机也需发展，以满足聚乙烯技术发展的需要。

关键词：高压聚乙烯超高压压缩机结构

超高压压缩机为高压聚乙烯装置（LDPE）心脏设备之一。它为乙烯聚合反应提供足够高的压力，压缩机出口压力最高可达300MPa。压缩机的制造要求非常严格，在世界范围内现能生产超高压压缩机的生产厂只有两家，瑞士的苏尔寿和意大利的新比隆。

在国内LDPE装置中，苏尔寿和新比隆超高压压缩机都有应用，其中茂名年产100kt/aLDPE装置第一家使用新比隆压缩机,燕山正在兴建的200kt/aLDPE 装置是第二家使用新比隆压缩机,其余的LDPE装置使用的都是苏尔寿压缩机。国内LDPE装置使用超高压压缩机的情况如表1所示。

表1 国内LDPE装置超高压压缩机使用情况

苏尔寿生产超高压压缩机历史较长，其销售的超高压压缩机有200多台，设计思想比较成熟。超高压压缩机机型主要有F和K型，其中F型打气量可达20~80t/h，K型可达32~125t/h，苏尔寿现能生产K12型压缩机，电机功率可达22000kW，可满足年产300kt/aLDPE需求。对于年产200kt/aLDPE装置来说，超高压压缩机打气量需84t/h左右。苏尔寿相应的压缩机机型有F12型或K8型，但使用较多的为K8型，但使用较多的为K8型，气缸数量较少，可节省相当的备件数量，降低成本。

60年代新比隆比运用另一套思路开始设计超高压缩机，其气缸设计以新比隆在高压方面丰富的经验为基础，运动机构为保证柱塞的精确运动，十字头采用特殊结构，无需辅助十字头，使得新比隆压缩机在运动机构和气缸组件方面有其较为特殊的地方。对于年产200kt/aLDPE装置来说,其压缩机机型主要为

12PK/2,打气量为82.8~85T/h,电机功率14300~14800kW,出口压力300~310MPa,正在兴建中的燕山年产200kt/aLDPE装置使用的就是12PK/2型。

1 年产200kt/aLDPE装置高压压缩机性能参数

意大利新比隆和瑞士苏尔寿超高压压缩机在200kt/aLDPE装置上所用的压缩机型不一样，新比隆为12缸配置，苏尔寿为8缸配置，打气量相差不多，具体性能参数见表2。

表2 超高压压缩机性能参数对比

2 超高压压缩机的结构特点

新比隆压缩机由曲轴箱、气缸等大型部件组成，柱塞直接与十字头相连，没有辅助十字头，气缸直接与曲轴箱相连，气缸前部不设支撑板。曲轴箱上部的盖板上设有呼吸阀，以防止乙烯泄漏对压缩机的影响。曲轴箱底部设计成V型结构，可容纳更多的润滑油能当油箱使用，因此外部油箱设计较小。曲轴箱选材为铸铁，整体铸造。其一段出入口阀为两体设计，二段为组合阀如图1所示。

苏尔寿压缩机由曲轴箱、中体（辅助十字头）、气缸件等组成，柱塞与辅助十字头连接，辅助十字头的作用是减缓由于机加工精度、安装调试偏差对压缩机运行的不良影响，确保压缩机运行平衡。带动连杆运行的十字头滑块设置在曲轴箱底部，由于设置了辅助十字头，故气缸至曲轴箱的尺寸较长，为减少由此造成的偏摆与振动，气缸部件靠前方设计了支架如图2所示。由于设有辅助十字头，泄漏气体可由中体处释放，因而曲轴箱上盖无须设置呼吸阀。曲轴箱选材为锻钢。

新比隆压缩机曲轴上有润滑油孔，十字头导向系统包括两个侧翼，位于与两柱塞轴线和十字头销同一不平面上，侧翼与十字长度相同，进行水平定位，而垂直导向位于十字头上面相对的两侧，进行垂直定位，以保证柱塞精确运动，十字头运动中心线不在同一轴线上，有辅助十字头，位于中体内，使得柱塞的运动更为精确。另外，可以将泄漏气体通过中体放出，防止气体进入曲轴箱，安全性较好。

由于超高压压缩机出口压力可达300KPa，压缩机本身承受着相当大的作用力，特别是压缩机的运动机构。例如对主轴瓦来说，为了保证压缩机在相当大的作用力下能安稳运转，保证轴瓦的动压润滑油膜不受破坏显得尤这重要。而轴瓦动压润滑油膜的稳定与轴瓦本身的结构和其受载工况有关。对于苏尔寿压缩机来说，由于有辅助十字头，运转比较平稳，轴瓦受载工况较好。主轴瓦水平放置，在油膜区域有一水平切口，对油膜稳定成型虽有一定影响，但由于其受载工况较好，轴瓦的动压润滑油膜还是保持较好。对于新比隆压缩机来说，由于没有辅助十字头，运转平稳性相对较差，为了弥补对主轴瓦造成的不良影响，近年来新比隆压缩机将主轴瓦由水平放置改为垂直放置，这样在动压润滑油膜区域内轴瓦表面保持连续。对油膜的稳定成型有良好效果。而主轴瓦能否垂直放置与压缩机本身的结构有关，新比隆压缩机曲轴上有润滑油孔，无法将主轴瓦由水平位置转到垂直位置。

新比隆压缩机由于没有辅助十字头，因而要求气缸与曲轴箱间密封十分可靠。为了预防大量乙烯从填料中泄漏，特在曲轴箱上设置有呼吸阀；苏尔寿压缩机有辅助十字头，泄漏气体可由中体处释放，并可增加两道密封防止气体泄漏到曲轴箱，使其安全性有所增加。

新比隆压缩机由于没有辅助十字头，配管空间较小，填料气泄漏、冷却油以及油排放管线挤在狭小的空间内，配管难度较大，而苏尔寿压缩机有辅助十字头，加大了配管空间，配管工作较易进行。另外在每次更换填料、密封件时，新比隆压缩机都要将曲轴箱上盖拿掉，才能脱开柱塞杆，换下气缸。由于十字头滑块在上部，打开上盖后，周围有很多油，清理维修工作要求很高。每次更换料时必须拿下气缸，拆下与气缸相连的所有配管，工作量较大。而苏尔寿压缩机检维修较为方便，更换填料时不必拿下气缸，只需拆进气管，检修较为方便。

3 超高压压缩机发展趋势

随着LDPE技术的不断发展，超高压压缩机也在不断地适应其变化。其主要表现在以下几个方面：

（1）LDPE装置规模越来越向大型化方向发展。近几年在世界各地兴建了多套年产200kt的LDPE装置，燕山石化正在兴建国内第一套年产200ktLDPE 装置。为了节省投资和降低产品成本，超高压压缩机机型基本为12PK/2型，需用12个气缸，而苏尔寿用于年产200ktLDPE装置的超高压压缩机为K8型，仅需8个气缸，但其压缩机每段有中体和辅助十字头，平衡下来，两家的设备价格不会相差太悬殊。

（2）在LDPE装置扩能方面。装置年产能力增大，要求压缩机的打气量相应提高，对于年产200ktLDPE装置，超高压压缩机打气量增加较佳，途径是增加气缸数量。对于新比隆压缩机来说，电机放在中间，两头各有六个气缸，其中一段气缸曲轴箱与电机为弹性连接，二段气缸曲轴箱与电机为刚性连接，如想增加气缸显得较为困难；对于苏尔寿压缩机来说，可用K8型，8个气缸在一头，电机在另一头，如想增加气缸，可在电机的另一侧增加气缸，K8型压缩机在年产200ktLDPE装置中如想增加装置年产能力具有较大弹性。另外，通过增大气缸