Modernization of compressors for compressing carbon dioxide in the food industry and petrochemistry by switching to operation without lubrication of cylinders and seals

Full Text

В пищевой промышленности и нефтехимии широко применяются компрессоры для сжатия диоксида углерода с давлением нагнетания от 10,0до25,0 МПа. Компрессоры небольшой массовой производительности (от 100 до 250 кг/ч) используются в производстве диоксида углерода для пищевых целей, получения сухого льда, для сварки и пожаротушения. Это компрессоры CD 1,6/2,0, T3CSp- 100/150 (производитель — фирма Wurzen, Германия), Т100-33-8 (LMF, Австрия), КП-УМ (Уральский компрессорный завод), 2УП-220/ 75 (Краснодарский компрессорный завод), ЗУГМ (завод “Компрессор”, Москва).

Последние два типа компрессоров, выпускающихся со смазкой, после реконструкции с переводом на работу без смазки цилиндров и сальников успешно работают на большинстве заводов пивоваренной отрасли: на пивзаводах “Балтика” (Санкт-Петербург), “Росар” (Омск), Ярославском пивзаводе, ферментно-спиртовом заводе “Воскресенский” и многих других.

Для пожаротушения используется диоксид углерода, сжимаемый в смазываемом компрессоре КП-УМ, входящем в состав специальных автомобильных станций АУЗС-2М.

Компрессор производительностью 100 кг/ч с давлением нагнетания 15 МПа был оснащен бессмазочным поршневым уплотнением, изготовленным по А.с. 485661, СССР. Первые три опытнопромышленных образца успешно прошли контрольнопромышленные испытания на стенде Уральского компрессорного завода и в составе станции КУЗС-25 — на предприятии п/о А-3954. Здесь впервые было внедрено манжетное уплотнение без смазки из материала Ф4К20, износ которого за 300 ч работы составил всего 0,02-0,04 мм. Манжеты были выполнены плавающими, т.с. нс были жестко зажаты в осевом направлении. Кроме того, для их разгрузки от пиков давления использовалась устанавливаемая перед манжетами широкая дроссельная втулка одновременно выполняла роль опорно-направляющего кольца для поршня.

С целью выбора наиболее износостойкого отечественного материала для уплотнений поршней компрессоров были испытаны шесть различных самосмазывающихся материалов, в том числе три углеграфитовых. Результаты испытаний композиционных пластмасс и графитовых материалов в реальных условиях на действующих компрессорах представлены на рисунке.

Результаты испытаний поршневых уплотнений из различных самосмазывающихся материалов на компрессоре без смазки CD-I, 6/2,0: г — радиальный износ поршневых колец, мм; п — номер кольца; 1 - АО1500; 2 - 2П-1000; 3 -А М С -1

Они свидетельствуют о том, что поршневые уплотнения как из материалов на основе наполненного ПТФЕ, так и из углеграфитов при практически одинаковых режимах работы (давление нагнетания р(1а1 = 7,0... 8,1 МПа и средняя скорость поршня Сп = 1,2... 3,0 м/с) одинаково хорошо работают в среде диоксида углерода, но наивысшую износостойкость все же имеют фторполимерные композиции. Материал АМС-1 на основе кремний- органической смолы хотя и имел самую низкую скорость изнашивания, но не выдержал длительного циклического воздействия переменного давления и рассыпался после 5 • 107 циклов.

В Советский Союз из ГДР было поставлено в свое время более 200 компрессоров CD-1,6/2,0 и ТЗС Sp 100/150. Все они были переоснащены новыми уплотнениями из отечественных материалов, и это позволило отказаться от закупок уплотнений по импорту.

На основании результатов испытаний уплотнений из отечественных композиционных пластмасс заводу “VEB Mafa Wurzen” были выданы рекомендации по усовершенствованию поршневых групп и сальников. Кроме того, наработанные конструкторские решения легли в основу технического проекта крупного компрессора без смазки для сжатия СО, 4ГМ10-40/26С.

В нефтехимической промышленности используются в основном крупные оппозитные поршневые компрессоры для СО,: 4ГМ 16-100/200 (СМНПО им. Фрунзе),4DBK 210-10 («ЧКД-Прага»), 4НЕ/ 4 и 5НЕ/5 («Нуово-Пиньоне», Италия) и др.

Первые работы по переводу крупных компрессоров на сухой ход были выполнены автором на Одесском припортовом заводе на чешских компрессорах 4DBK-210-10,1 а затем на Черкасском ПО «Азот», где такие компрессоры применялись в производстве карбамида.

Оппозитный поршневой компрессор 4DBK 210-Ют сжимает СО, в двух ступенях от 3,0 до 15,0 МПа. Максимальный перепад давления приходится на сальники 2-й ступени, которые работают в наиболее тяжелых условиях сжимая газ от 7,5 до 15,0 МПа. Не менее проблемной оказалась и поршневая группа, где па тяжелом поршне со штоком диаметром 100 мм пришлось разместить три опорнонаправляющих кольца, которые создавали развитую опорную площадку осевой высотой 120 мм. Правильное конструктивное решение и под-; бор оптимального самосмазывающегося материала! обеспечили ресурс цилиндропоршневых групп 1-й и 2-й ступеней более 8000 ч.

После успешного перевода на сухой лед чешских компрессоров с подобной! просьбой обратились к нам специалисты Болгарского комбината «ХИМКО-Братца», у которых эксплуатируются 6 компрессоров 5НЕ/5 итальянской фирмы «Нуово-Пиньоне». Компрессоры оппозитные, пятиступенчатые, частота вращения вала 245 об/мин, ход поршня 360 мм, средняя скорость поршня 3,5 м/с, давление нагнетания 5-й ступени 20 МПа.

Задача оказалась более сложной в техническом отношении. так как необходимо было создать уплотнения поршня и штока 5-й ступени, которые были бы работоспособными без подвода смазки при давлении нагнетания 20 М Па, температуре всасываемого газа 50 °C и температуре нагнетаемого газа до 200 °C.

На комбинате “Врана” в Болгарии проводилась модернизация поршневой группы и сальников только 3, 4 и 5-йступеней. Ступени низкого давления реконструкции не подвергались, так как после 2-й ступени была предусмотрена отмывка газа и в третью ступень он поступал очищенным от масла.

Были разработаны и изготовлены новые сальники 3, 4 и5-й ступеней, причем на 5-й ступени - с охлаждением камер водой. Учитывая большую нагрузку па сальники 5-й ступени как температурную, так и от перепада давлений, было решено одну точку смазки сохранить. Она использовалась только в период пуска и приработки сальника, когда в нем выделялось наибольшее количество тепла.

Ограниченность размеров поршня 5-й ступени не позволяла установить на нем больше шести уплотнительных колец и одного опорного высотой 90 мм. Максимальный перепад давлений в 5-йступени, равный 17 МПа, приходился на 6 поршневых колец диаметром 150 мм с сечением 6x6 мм, т.е. имела место перегрузка колец выше предельно допустимых значений. Поэтому с целью обеспечения работоспособности уплотнения поршня 5-й ступени была использована

разработанная нами методика разгрузки поршневых колец путем равномерного распределения перепадов давлений по кольцам.

Испытания с промежуточными ревизиями после 2500 и 10000 ч работы подтвердили работоспособность всех модернизированных узлов. В результате весь компрессорный цех производства карбамида был реконструирован и все 6 компрессоров 5НЕ/5 с 1990 г. работают на бессмазочных уплотнениях российского производства.

На Пуловском химкомбинате (Польша) в аналогичном производстве карбамида используются более старые компрессоры фирмы «Нуово- Пиньоне» марки 4НЕ/4. Они работают при более высоком давлении - 25,0 МПа, диоксид углерода сжимается не в пяти, а в четырех ступенях, соответственно и нагрузки на узлы без смазки резко возрастаю!.

При модернизации на бессмазочные уплотнения были переведены все 4 ступени с цилиндрами следующих диаметров: 1 -я ступень - 900 мм, 2-я — 450 мм, 3-я - 230 мм, 4-я — 150 мм.

Учитывая очень тяжелые условия работы бессмазочных уплотнений в компрессоре 4НЕ/4, для уплотнений штока и поршня 4-й ступени был предусмотрен режим ограниченной смазки (но одной точке смазки на цилиндр и сальник). Комплекс работ включал также установку новых клапанов с неметаллическими запорными элементами, которые были изготовлены и поставлены фирмой “Дрессер-Рэнд” (США) специально для компрессоров без смазки.

Испытания показали, что для столь высоконагружснного компрессора, как 4НЕ/4, режим работы с ограниченной смазкой является оптимальным, поэтому его использовали при дальнейшей эксплуатации компрессоров в целях обеспечения надежной и стабильной работы ответственных узлов.

About the authors

V. P. Zakharenko

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com

Cand. tech, science

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Test results of piston seals made of various self-lubricating materials on a compressor without lubrication CD-I, 6/2.0: r — radial wear of piston rings, mm; n is the number of the ring; 1 - AO1500; 2 - 2P-1000; 3 -A M C -1

Download (195KB)

Indexing metadata