国内首台离心式CO2压缩机的设计、应用与技改
吴志军
（灵谷化工有限公司大化肥分公司，江苏 宜兴214213）
［摘 要］离心式CO2压缩机在压缩机制造界是一个难点，新锦化机械制造有限公司在消化吸收国外相关技术后进行攻关，设计制造出国内第1台CO2离心式压缩机，投运后总体上运行状况较好，但还是有各种问题出现，经过一系列技改后，现在运行工况良好。
［关键词］ 离心式；CO2压缩机；首台；国产
［中图分类号］TH 452 ［文献标志码］B ［文章编号］ 1004-9932（2015）
0 引 言
离心式压缩机与传统的往复式压缩机相比，有着占地面积小、打气量大、功耗小、维护工作量小、连续运行时间长等特点，所以在大化肥装置设计时，尿素生产工段的CO2压缩机一般采用离心式压缩机。但由于CO2分子量大、在高压下容易凝华等特点，所以在当今世界能够独立设计制造离心式CO2压缩机的厂家为数不多。
灵谷化工有限公司（简称灵谷公司）决策层在2006年决定投资建设大化肥装置时，经过多方考察，最终决定尿素生产工段的CO2压缩机采用适合大化肥装置连续运行的离心式压缩机，并且由新锦化机械制造有限公司（简称新锦化机）来整体设计制作，灵谷公司则由笔者总负责与新锦化机协商具体事宜。
1 压缩机的选型与设计
1.1压缩机的总体设计
对于压缩机的选型，最初新锦化机的选择是：低压缸采用水平剖分形式；高压缸采用当今世界更先进的筒形形式；汽轮机则采用水平剖分形式。经过对国内一些现有生产厂家的考察，最终笔者提出低压缸也采用筒形设计，这样不仅在机组的运行可靠性、设备的维护上都有好处，而且整台机组也显得美观。所以压缩机最终采用世界流行的四段式结构，即低压缸两段，高压缸两段；低压缸与汽轮机直连，高压缸则通过增速箱与汽轮机间接连接。
压缩机高、低压缸体为筒式缸体，驱动机一侧为筒底，自由端作为筒盖敞开；内壳组件为筒形组件，从自由端插入，用限位器确定其位置；缸体材料采用16Mn。压缩机叶轮采用三元流模化设计，叶轮过盈装配在无键的光轴上。为了减少摩擦损失，叶轮内表面进行高精度加工，全部采用数控机床加工，表面光洁度非常高。叶轮的盘和盖焊接时在叶道内加入变形防止剂和表面整形剂，防止焊接变形，同时提高了表面光洁度。为防止表面氧化，叶轮焊后采用真空热处理。隔板为无叶扩压器和叶片回流器的组合体，采用普通碳素钢和优质碳素钢制造。为了减少摩擦损失，采用数控机床加工隔板的导流叶片，导流叶片部位和次级的进口部位采用镍钎焊并用螺栓紧固。隔板为水平剖分式，各级间的水平接合面装设“O”形圈，所以无气体泄漏。为降低油的搅拌损失, 采用直接润滑式轴承，径向轴承为带喷油嘴的5块可倾瓦式轴承，推力轴承为两面各6块瓦的带喷油嘴的双金斯伯雷式轴承，带有自动调心功能。由于采用了直接润滑, 提高了轴承的冷却效果，且每组轴承都有2个瓦块埋设测温热电阻，监测轴承运行时的温度变化更准确、更灵敏。叶轮口环和平衡盘密封件采用软材料、小间隙密封方式，减少内漏。
1.2汽轮机的设计
为了平衡全厂的各级蒸汽，汽轮机主蒸汽采用3.8 MPa过热蒸汽，为配合尿素主框架的使用蒸汽，在汽轮机中部抽出一部分2.5 MPa蒸汽，在汽轮机倒数第三级叶轮前注入0.5 MPa低压蒸汽，最终形成了主汽、抽汽、注汽、凝汽为一体的汽轮机。
汽轮机为水平剖分6级中压抽注凝式，为配合高、低压缸设置在汽轮两侧，汽轮机设计为双出轴结构。缸体和叶片采用数控机床进行精加工成型；转子为整锻式，经过调质、硬度均匀性检查、残余应力测定和热稳定性试验，保证在高温下稳定运行；径向轴承均为可倾瓦结构，推力轴承为双金斯伯雷轴承，瓦块间设喷油嘴。
在压缩机整体设计时，为了防止高、低压缸喘振，在高、低压缸前后分别设置防喘振阀。同时为了配合尿素主框架生产，在二段出口设置脱硫系统，四段出口设置脱氢系统。
2 压缩机投运后的状况
压缩机于2009年3月中旬运抵现场，6月底安装结束，
更多内容请见《中氮肥》2015年第2期