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        我國工藝用往復式壓縮機發展沿革

        2020-04-20 16:38:34

        1 化肥生產用壓縮機


        1.1 解放初舶來之壓縮機


        新中國建立之初,供化肥生產用的壓縮機,皆為往復活塞式。除了原永利寧廠(南京市大廠鎮)、原大連化工廠(甘井子)的德、美、日壓縮機,新投入運行的都是原蘇聯蘇姆市伏龍芝(元帥) 機器制造廠產的兩種型號1г-166/320、1г-266/320壓縮機。


        前者容積流量166 m3/min,排氣壓力32 MPa,正壓通風同步電動機功率3000 kW;后者則為266 m3/min,32 MPa,4000 kW。


        二戰后生產的1г-166,技術狀態并不成熟,如主軸瓦比壓太大易損,雖總共才制造了4臺,卻竟然“毫無保留”地悉數售發往我國大化等廠投運。


        在1г-166經驗基礎上制造的1г-266,則相對尚好。原“156項”的原吉林化肥廠、太原氮肥廠、蘭州化肥廠,其壓縮機車間皆配置12臺1г-266。一個壓縮機車間的耗電量,相當于當年并不算小的5萬kW火電廠之產能。


        在以煤為原料的化肥廠里,1г-166、1г-266之壓縮介質皆為氮氣與氫氣的混合氣體,用以在高壓力條件下生產合成氨,最終產品是硫酸銨或碳酸氫銨,或者生產硝酸銨———高爆TNT。


        1.2 軍企大型壓縮機


        1955年,原大連化工廠機修廠仿制了2400HP大型氮氫氣高壓壓縮機,開國產工藝流程用大型壓縮機之先河。


        1958年,在壓縮機專業廠尚不具備條件的情況下,我國軍工企業勇挑重擔,既是龐然大物(1г-266全長16 m,總重數百噸),卻又不失精細的化肥生產用大型高壓往復活塞壓縮機。


        位于黑龍江省齊齊哈爾市的原國營和平機器廠(127廠)、位于沈陽市郊的原國營東北機器廠(724廠),分別制造了仿蘇1г-266/320及仿捷克斯洛伐克斯柯達公司2SLK1100(2-2列,S-6級,L-臥式、K-壓縮機,1100-第I級氣缸直徑1100 mm)。“大躍進”年代的“螞蟻啃骨頭”———機械制造工藝中“以小干大”,即雖無大型標準機床,卻以小動力頭對大工件進行機械加工,就是724廠圍


        啃氣缸之創舉。當年主流報紙曾刊發機加工現場照片。


        1.3 軍轉民大型壓縮機


        2SLK1100,容積流量130 m3/min、排氣壓力32 MPa、正壓通風同步電動機2500 kW,后移交原上海精業機器廠生產,即2N45型,亦即著名的“紅旗牌”壓縮機。


        滬機最初投運于原衢州化工廠,總結經驗后批量生產,成為稱雄化肥廠20余年的“省級”2.5萬t/a合成氨廠用主力壓縮機型。


        2N45額定轉速125 r/min,但眾多化肥廠在計劃經濟增產指標重壓下,“改造”增速為150 r/min,出現了若干問題,終被回歸原轉速。


        交大機械系劉定邦總工程師主持研發的大型高壓對稱平衡型H22 (活塞力220 kN、H型),成功地取代了2N45,批量生產,制造和運行綜合經濟效益良好。


        1.4 化肥新品種促壓縮機科技進步


        1960年,尿素成為國際化肥成熟新品種后,我國化肥工藝流程自然要配耐腐蝕的二氧化碳壓縮機。


        原上海大隆機器廠及時仿制成功了捷PLK920(P-5級,L-臥式,K-壓縮機,920-第I級氣缸直徑920 mm),運行于原上海吳涇化工廠。


        單列臥式、極低轉速的PLK (刺刀式),功率值處于大、中型壓縮機的分水嶺,而其經濟技術水準也顯然已大大落后于美、德之對稱平衡型。


        原中央大學機械系畢業的原沈陽氣體壓縮機廠(以下簡稱沈氣廠) 陳克明總工程師,不失時機地抓牢:研發替代PLK的4M12,必獲顯著成效,且其體量大小非常適合當時的沈氣廠制造能力,還能為日后系列化派生品種打好基礎。


        1963年,陳克明總工程師率沈氣廠強大技術團隊與原機械工業部通用機械研究所共同敲定方案。


        此4列M型、活塞力120 kN的自行設計名機,是我國推出最早的中大型對稱平衡型工藝流程壓縮機,派生品種很多,累計生產臺數多多、應用領域廣泛,衍生至今不衰,不失為精品。


        1.5 6D32壓縮機


        針對巨無霸1г-266/320壓縮機,以自行設計新品取代,是我國壓縮機專家們的夙愿。


        早在1960年,原通用所和沈氣廠的壓縮機專家們,就會同駐所原蘇聯專家多勃羅克隆斯基(全蘇化工機械科學研究院列寧格勒分院大型壓縮機設計專家),幾次研討“4D330”、“4D333”壓縮機技術方案,并最終確定為6D32壓縮機,由原通用所負責設計。


        首型6D32-285/320,為6列對稱平衡型、M型,公稱活塞力320 kN,排氣壓力32 MPa,容積流量285 m/min,以轉速214 r/min、4000 kW正壓通風同步電動機驅動。


        該課題負責人是1952年清華大學畢業的金文祺九級工程師。1948年原北洋大學(現天津大學)機械系畢業的第五研究室費安順副主任七級工程師、老中央大學機械系畢業的蘇又泉副所長三級工程師,亦皆深入課題組多次反復研究各種設計細節。在多勃羅克隆斯基被撤回國的情況下,設計工作正常進行。


        6D32技術設計終告完成后,尚需上級一機部主管機關認可,以及預期使用部門———化學工業部有關領導同意,還需由一機部下達有試制實力的大型機械廠執行。


        1963年,一機部一局(通用機械) 和化工部設備司在原北緯路旅館,由陳俊柄、翁盛光共同主持,通過了對6D32及4M12壓縮機的行政會審,筆者起草的“關于發展6D32壓縮機的報告”上呈后,一機部技術司陶亨咸司長主持,會同一機部三局(重型機械)、一局,會審拍板6D32上馬,行文原太原重型機器廠下達試制任務。


        6D32設計組移師太原,轉入結合太重具體條件進行施工設計階段。6個曲拐的整體鍛造合金鋼重型曲軸,只能由擅長大型低速柴油機制造的軍工廠———滬東造船廠提供精加工制成品,總算解決了難題。


        首型首臺6D32壓縮機就位于原石家莊化肥廠,總體運行狀況良好,成為當時國內自行設計在役的往復式壓縮機配件


        眾所周知,氮肥生產工藝流程,大框架少變動,而局部時有調整。當太重面臨國家“大打礦山之仗”的大局,將6D32轉移給上壓生產時,因化肥工藝流程改動,機身、傳動部件不變,壓縮容積部件稍變,派生為6D32-I。


        1.6 獨具中國特色的小化肥壓縮機


        20世紀50年代后期至70年代,我國主力合成氨廠產能遠遠滿足不了廣大農村對化肥之鉅量渴求。再加上“三年困難時期”對國民經濟大類排序為“農、輕、重”,在政策指引下小型合成氨廠遂成遍地開花之勢。最初的800 t/a縣級、2000 t/a地級合成氨廠,后來逐步演化為5000 t/a,10000 t/a級或更高。


        1959年,原一機部在北京召開“三機一門”(壓縮機、制冷機、制氧機,閥門) 會議。800 t/年小合成氨廠用壓縮機的結構型式,會上定不下來。


        立式、臥式、L型、對稱平衡型,究竟孰優孰劣?


        一機部系統實施試制的分工:立式———原南京通用機械廠;臥式———原蚌埠空氣壓縮機廠(當時安徽省委書記曾希圣同志親臨廠內堆沙袋的空氣介質試車現場坐鎮);L型———原沈氣廠,D6.5對稱平衡型———原大連化工機械廠(后為大連冷凍機廠,現在的大連冰山集團)。原通用所參與設計。在京的原化工部化工機械研究所,也推出了自行設計的對稱平衡型壓縮機,并運行于沈陽市大東區。


        國家給小氮肥廠以政策性補貼。江蘇省丹陽縣異軍突起,其小氮肥廠在經濟上并不虧損。這就成為化工部向全國推廣,各地競相學習的樣板。


        原上海精業機器廠率先以國產自行設計的4L-20/8型空壓機機身、傳動部件為基礎,將活塞行程由240 mm降為200 mm,推出了“雙L型”氮氫氣壓縮機,以6級或7級壓縮來適應不同的工藝流程,作為主力機型成功地運行于2000 t/年、5000 t/年合成氨廠。


        此“L3.3”機型由原無錫通用機械廠等全國范圍內機械工廠大批生產,作用巨大。


        1965年時,全國化肥供應量又告急。原通用所奉命組織聯合設計,以D6.5為基礎改型。原贛南通用機械廠(現江西氣體壓縮機有限公司) 等全國范圍內工廠成批生產。


        文革期間,原沈氣廠新品4M8 (鞍山、榮成、渦陽等化肥廠用),原上壓新品H8 (嘉興等化肥廠用),技術成熟度皆較高,成為小化肥廠大型化的最給力壓縮機。


        不同規模等級的小化肥廠及其在役壓縮機,歷史功績永存!


        1.7 最初的國產“大化肥”用壓縮機


        20世紀70年代,經慎重論證,中央下決心花巨額外匯從西方引進了13套30萬t/a合成氨大化肥廠成套設備。緊隨國家急需,壓縮機國產化迫在眉睫。


        以離心式為主體的“大化肥”三機———氮氫氣壓縮機、空氣壓縮機、氨制冷壓縮機,最初由上海市機電一局在全國率先組織強力企業———原上壓、原上海鼓風機廠、原上海冷凍機廠推出。當時,高排氣壓力的離心式氮氫氣壓縮機之機械密封,自然還是借助于“高位油罐”來實現氣密運轉。


        1.8 現今的“中化肥”用壓縮機


        (1) 6M系列大型壓縮機。原華西通用機器公司(現四川大川壓縮機有限責任公司) 在認真審閱6D32型壓縮機全套圖樣,廣泛吸取國內外同類機型先進技術的基礎上,于1996年一舉推出6M系列3種6列對稱平衡型壓縮機,為中化肥企業做出了新奉獻。


        其6M40-340/314型氮氫氣壓縮機,活塞力385 kN,軸功率4722 kW,容積流量340 m3/min,排氣壓力31.4 MPa,行程480 mm,轉速273 r/min,質量248 t,外形8126 mm伊7277 mm伊2866 mm,正壓通風同步電動機功率4800 kW、質量45.1 t (轉子質量20 t)。雙作用第玉級氣缸(直徑1400 mm) 和雙作用第域級氣缸(直徑900 mm) 構成相對兩列,位于電機最遠端;單作用遇級氣缸(直徑180 mm)和雙作用第吁級氣缸(直徑200 mm)為相對兩列,位于最近電機端;雙作用第芋級氣缸(直徑540 mm)和雙作用第郁級氣缸(直徑330 mm)為相對兩列,居中。活塞桿直徑110 mm,主軸頸/曲柄銷直徑340 mm,十字頭銷直徑180 mm,十字頭直徑540 mm,連桿長度1200 mm。


        6M系列壓縮機的技術特色:


        (a) 繼承了6D32動力平衡性好的先天優勢,三對對動列的曲柄錯角互為120°,精心設計可使慣性力、慣性力矩達到完全自平衡。


        (b) 注重機身、中體等基礎件整件剛性的加強。作為承受側向力及傾覆力矩的關鍵部件,中體設計成雙間隔室、內置加強筋、整體傾斜式箱形。中體與機身接觸面的著力點正對著機身內的主軸承位置,從而使基礎件的整體剛性甚佳,為老機型所莫及。


        (c) 十字頭與活塞桿、活塞桿和活塞的聯接,均為液壓拉伸式。通過提供準確的預緊力,保證了聯接時不因人為因素而造成附加彎曲力矩,且快捷、省力、方便。由于充分考慮了我國材料工業與發達國家的差距,留足了活塞桿直徑裕量,保證了運行安全可靠。對活塞桿螺紋還實施了滾壓工藝,提高了表面硬度和抗疲勞強度。


        (d) 系列機型的氣缸布置做到了一列一缸,安裝、維修便利。更因氣缸取消平衡段,高壓級活塞環漏氣率大為減小,節能效果顯著。在曲軸兩側對稱布置氣缸,使級間設備、管道配置方便,整機曲軸方向尺寸小,而氣缸中心線方向尺寸又比級差式氣缸或串接氣缸小許多。


        (e) 一列氣缸布置,使現場空氣試車或并網試重車時,在逐級增壓過程中沒有超活塞力的風險。


        (f)采用了美國石油學會標準API618推薦的,氣缸的氣流方向為上進下出,并使吸排氣緩沖器靠近氣缸,以避免可能析出的凝聚液造成的危害,減輕氣流壓力脈動和管道振動,還有助于降噪和節能。


        (2) 山東濰坊生建集團、沈陽申元氣體壓縮機有限責任公司、溫州固耐化工機械制造有限公司、寶雞博磊化工機械有限公司,皆是“中化肥”壓縮機及改造型的主力制造企業。


        (3) 以“中化肥”用壓縮機為發端的,在國產工藝用高壓大型往復活塞式壓縮機中,取消“平衡段”、采用倒級差氣缸,有效減少功率消耗。


        1.9 國產合成氨用魁號往復活塞壓縮機


        對稱平衡型壓縮機中,每一對相鄰的曲拐,其曲柄錯角恒為180毅,使位于機身兩側的兩列,做相向或反向運動;每一對相鄰的曲拐之間無支撐,而由該二曲拐外側的二軸瓦形成對其共同的支撐。對置式壓縮機則以曲軸的轉矩平衡為基本出發點,其每一個曲拐的支撐系統皆是獨立的,即各曲拐間皆有軸瓦,各列分布在機身兩側。對稱平衡型、對置式皆屬臥式,即氣缸中心線為水平布置者。壓縮機的活塞力愈大,對置式之剛性強的優點愈突出。


        原上海壓縮機股份有限公司(現上海大隆機器廠有限公司) 設計制造的該機,2000年即已投運于中石化南京化學工業有限公司,向進口機叫板。系8列、8缸,進氣壓力0.1 MPa,排氣壓力32 MPa,供氣量433 Nm3/min (26000 Nm3/h),氣體力1000 kN,電動機功率7700 kW,嚴格符合美國石油學會API618標準。


        2 新氫、循環氫等加氫壓縮機


        2.1 石油煉制、石油化工產品的點睛之筆作為各種煉油裝置、石化流程的關鍵動設備之一,加氫壓縮機對下游多種制成品之品級,皆起了畫龍點睛的決定性作用。合成氨用往復式氮氫氣壓縮機,曾經長期占據大功率、大活塞力往復機巔峰的位置;而當石油化學工業高度發達以后,不斷向大型化邁進的新氫壓縮機,毫無爭議地獨占了大型往復機之鰲頭。


        2.2 國內首臺大型加氫壓縮機啟用


        1966年初,由原石油工業部和一機部聯合召開的加氫壓縮機會議,在原通用所舉行。原撫順石油設計院佟副院長、原北京石油設計院三室袁宗虞主任、原大隆機器廠戴行鈍副總工程師蒞會。意在明確將庫存1丐-266/320大型高壓氮氫氣壓縮機低壓列革除,并改造為大型新氫壓縮機的可行性。


        會后,由大隆、通用所改型設計,大隆制造。該機是國內運行的首臺大型加氫壓縮機,服役位于龍鳳的原大慶煉油廠(現大慶石油化工總廠)


        2.3 國產早期氣缸無油潤滑小型加氫壓縮機以氣缸無油潤滑為界定前提,我國流程用小型加氫壓縮機(2列對稱平衡型、活塞力65 kN)的開拓者,是原無錫通用機械廠(現威克集團)和原沈氣廠。原北京東方紅煉油廠(現燕山石化集團)、原撫順石油三廠,既是國產氫壓機試用者,也是進口氫壓機使用者。


        2.4 我國大型加氫壓縮機的群體制造實力


        在引進德國BORSIG公司大型往復壓縮機設計制造技術基礎上,原沈氣廠推出4列、活塞500 kN之大型新氫壓縮機4M50。


        4M50首臺運行于原中石化鎮海煉油廠(現鎮海石油化工總公司),繼而多臺投運于中石化茂名石化公司等多個單位。


        在由4M50向4M80 (4列、活塞力800 kN)的大幅度跨越進程中,及時決策至為關鍵。


        時下,沈陽透平機械股份有限公司往復機事業部、上海大隆機器廠有限公司、無錫壓縮機股份有限公司(威克集團)、沈陽遠大壓縮機有限公司、上海東方壓縮機制造有限公司等企業,共同構筑成我國大型往復活塞壓縮機制造群體。其加氫壓縮機產能強勁,已在全球加氫壓縮機銷售額中占有大份額。活塞力高達1000 kN、1500 kN這樣的往復壓縮機,業已無需舶來,盡可出自華夏。


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