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无油工艺螺杆压缩机的布置与管道设计

摘 要：鉴于无油工艺螺杆压缩机在石油、化工等行业的广泛应用，介绍了压缩机的特点与布置型式，并给出了无油工艺螺杆压缩机在布置与管道设计过程中所依据的行业设计准则、管道设计原则及防火要求。

关键词：无油工艺螺杆压缩机；布置型式；管道设计

1前言

无油工艺螺杆压缩机由于同时具有容积式压缩机与速度式压缩机的特点，且具有耐脏、可带液、适用于变工况、可靠性高及维护简单等基本特征[1]，近几十年来在石化等领域的应用越来越广泛。无油工艺螺杆压缩机主要用于处理易燃、易爆的工艺气体，因此压缩系统设计时需兼顾高效、安全和可靠。

2无油工艺螺杆压缩机简介

无油工艺螺杆压缩机壳体中平行配置着一对相互啮合的螺旋形转子，依靠齿间容积的缩小获得压力能的提升。目前，螺杆压缩机转子的加工直径达到了816mm，单台入口处理量可实现100m3/h-100000m3/h。无油工艺螺杆压缩机又可分为湿式（喷液）螺杆压缩机与干式螺杆压缩机。湿式允许向压缩机腔内注入冷却液，可起到带走热量与密封转子的作用，因此湿式螺杆压缩机可以达到较高的压比[2]。

3无油工艺螺杆压缩机布置型式与防火要求

3.1布置型式

无油湿式螺杆压缩系统的工艺流程如图一所示，介质气压缩后经过冷去分离进入下一工艺单元，分离器分离出的喷液循环利用，返回压缩机入口。工艺螺杆压缩机流量、功率和转速基本呈线性关系，可采用调节驱动机转速和循环回流的方式调节气量。

1-入口过滤器；2-入口效应器；3-螺杆压缩机；

4-出口消音器；5-气液冷却器；6-气液分离器；7-双联过滤器

图一 无油湿式工艺螺杆压缩机系统流程图

不同于空气螺杆压缩机，无油工艺螺杆压缩机均为非标定制，工况的多样性决定了无油工艺螺杆压缩机有多种布置型式，可简单归纳为以下几种：

a） 整体撬装，单层布置，压缩机组中所有设备均成套在底座框架中。整体

撬装结构多用于小排量螺杆压缩机（排气量200m3/min），进排气型式为上进下出，气液相流通顺畅。

d） 单层布置，两级压缩。为了达到较高的压比，可以通过两台压缩机组串联的形式满足工艺生产的要求。

3.2防火要求

依据石油化工企业设计防火规范，无油工艺螺杆压缩机的布置应满足以下要求：

a） 可燃气压缩机宜布置在敞开或半敞开的厂房内；

b） 单级驱动功率≥150kW的甲类气体压缩机厂房不宜与其它甲、乙和丙类房间公用一座建筑物；

c） 压缩机的上方不得布置甲、乙和丙类工艺设备；

d） 比空气轻的可燃气压缩机半敞开式或封闭式厂房的顶部应采取通风措施，楼板宜部分采用钢格板；

e） 比空气重的可燃气压缩机厂房的地面不宜设地坑或地沟，厂房内应有防止可燃气体积聚的措施。

另外，压缩机与其它设备之间的及非旋转设备与储罐的距离需在防火间距外。

4无油工艺螺杆压缩机设计要求

4.1管路系统设计要求

无油工艺螺杆压缩机的管路设计和接头的制造、检验应符合相应的规范和标准，通常情况下，要求压缩机厂家将机组底座范围内的所有工艺管线、喷液管线、润滑油管线、气封管线等，分类集合成一个接头接到底座边缘，以法兰形式同其它工艺单元管线相连接。配管系统设计达到以下要求：

a） 合适的支架和保护，以防止由于振动或装运、操作和维护造成的损坏；

b） 为操作、维护和彻底的清洁提供适当的灵活性和正常可接近性；

c） 安装应按设备外形，处于整齐和有序的配置中，不妨碍检修孔；

d） 通过使用阀门连接的放空口或无积聚的管路布置，清除气室；

e） 通过低位完全排泄而不用拆卸管路。

4.2管径选择

无油工艺螺杆压缩系统中工艺和公用工程物料均为牛顿型流体，对于给定的工况，管径的大小不仅关系到管道系统的一次性投资、投资费用等，同时对系统运行的可靠与安全性有着重要的影响。依据HG-T 20570.6意见，表一列出了相关介质的推荐流速。

表一 工艺螺杆压缩系统相关介质流速范围表

4.3压缩机管口受力分析

根据API619规定，工艺螺杆压缩机任一管口上的合力与合力矩应满足以下要求：

进、排气口上的力与力矩合成到排气口中心处的合力与合力矩应满足以下两个条件：

a） 合力与合力矩需要满足以下条件：

b） 排气口中心上X、Y、Z方向上的分力与分力矩要满足以下要求：

依据API619规定，生产厂商应以表格形式提供压缩机管口所允许承受的力与力矩，并规定了工艺螺杆压缩机所允许最小承载力（表二）。需要说明的是，这些指导值仅适用于压缩机本体，并不适用于与压缩机连接的管道、法兰及相关紧固件。

表二 工艺螺杆压缩机管口所允许承受的力与力矩

5结语

作为一种在工艺气领域应用不断扩大的动设备，无油工艺螺杆压缩机的工艺系布置型式多样，了解工艺系统、压缩机行业、管道与防火等方面的要求，对设计人员的工作有重要的指导意义。

参考文献

[1] 邢子文.螺杆压缩机——理论、设计及应[M].机械工业出版社，2000

[2] 蔡宏，范年宝.工艺用无油螺杆压缩机的结构与设计[J].流体机械，2011，39（10）：50-52