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合成氨压缩机中平衡段 　　[摘要]简要阐述合成氨压缩机中平衡段的由来、作用和优缺点，及其内在泄漏对压缩机整体效率的影响。 　　[关键词]合成氨压缩机平衡段泄漏处理 　　 　　1概述 　　随着多种4万吨/年合成氨压缩机的面市，6列布置的6M50机型越来越多，但大多数现行的尿素流程压缩机都采用7级设计，由于对称平衡式压缩机结构只能安排偶数列气缸，于是围绕着如何在6列机身中布置出7个气缸的要求，串联式和倒级差式的气缸结构被多家压缩机厂家所采用。本文仅从各种气缸结构泄漏量的分析来比较其合理性。 　　2气缸的泄漏系数 　　压缩机带上平衡段就会增加泄漏量，这几乎已形成了一种思维的定势。其实，压缩机气缸内的密封件都存在着一定的泄漏，它包括活塞环、填料和气阀。而平衡段的泄漏实质上就是活塞环的泄漏。本文将对各种气缸形式中活塞环和填料的泄漏量进行比较，而对不受气缸形式影响的气阀不作讨论。 　　在一个标准的双作用气缸中，除气阀以外，泄漏量最大的是活塞环： 　　活塞环的泄漏量=0.003×(1+log#8710;P)×100% 　　填料的泄漏量=0.0005×logPd×100% 　　式中，#8710;P=Pd?Ps，Pd――排气压力，Ps――吸气压力。 　　以一个吸气压力Ps=26Bar，排气压力Pd=54Bar的双作用气缸为例，其活塞环的泄漏量为0.734%，填料的泄漏量为0.087%。 　　若该级的轴功率为530kW，则 　　活塞环的泄漏功耗=530×0.734%=3.890kW 　　填料的泄漏功耗=530×0.087%=0.461kW 　　活塞环的泄漏量取决于其两端的压差。 　　2.1 平衡段泄漏问题的由来 　　早期的合成氨压缩机，如H223，由于受制造能力的限制，只能在4列的往复式结构中布置出6个气缸，因此不得不采用图1所示的级差式结构。将高压侧的两列气缸布置成4个单作用的气缸组合，3级和5级组成3-5级差气缸，4级和6级则组成4-6级差气缸。由于一组气缸盖侧和轴侧的直径不同，中间必定形成环形台阶，利用这一环形面积又可以巧妙地通过接入不同的压力来做成平衡段调整活塞力。但遗憾的是H223各段级间压力接入平衡段后都会使活塞力大大超标，只有接入一级入口压力时才能将活塞杆受力平衡在22吨以下。这使级差式结构的泄漏量达???了最大。 　　 　　 　　在4~6级差气缸的平衡段处接入1级的入口压力后，6级活塞环两侧的压差等同于6级的排气压力，气体便直接通过该活塞环漏向平衡段而回流一级，泄漏量达到最大。其中 　　6级活塞环泄漏量=0.003×(1+log319.98)×100%=1.05% 　　气源从大气压经1至6级压缩到321Bar，压缩机共做功2248kW，故6级活塞环泄漏所消耗功=0.0105×2248=23.56 kW。 　　4级活塞环泄漏量=0.003×(1+log46.48)×100%=0.8%。 　　气源从大气压经1至4级压缩到47.5Bar，压缩机共做功1585kW，故4级活塞环泄漏所消耗功=0.008×1585=12.77kW。 　　同样，3~5级气缸也将平衡段接入了1级入口，气源从大气压经1至5级压缩到130Bar，压缩机共做功1922kW，经1至3级压缩到22Bar，压缩机做功1247kW，故得： 　　5级活塞环泄漏所消耗功=17.92kW； 　　3级活塞环泄漏所消耗功=8.62kW。 　　两个平衡段合计因活塞环泄漏而耗功62.87kW，占整机指示功率的2.8%。若将3至6级全改成双作用气缸而取消平衡段，不但可以提高H223压缩机的输气量，还可减少活塞环的泄漏近50kW。 　　2.2 串联式双作用气缸（葫芦串型） 　　随着压缩机技术的发展，6列机身的压缩机6M25、6M32在制造工艺上已不存在问题，普遍以双作用气缸来取代H223的级差式气缸，产量也由H223的2万吨/年发展到6M25的2.5万吨/年合成氨。 　　但在双加压尿素流程中，压缩机被要求设计成7级压缩，这样原来的6列机身又不够用了，做成7列则势必会提高压缩机的成本，且第4、第5级的功率只占其余各级的一半，单独设计成一列显得不够经济，若将其合并在一列中则是最理想的方案。可供选择的方案有两个，其一是将两个双作用的4、5级气缸串联组成一列（如图2所示），其二是将两个单作用4、5级气缸进行倒级差组合（如图3所示），盖侧设置一个4级单作用气缸，轴侧设置一个5级单作用气缸，最内侧5级缸径与活塞杆直径表面间的环形面积设置一个平衡段，接到4级入口压力。 　　 　　图2串联式双作用气缸 　　图3倒级差式气缸 　　2.3 倒级差结构的泄漏量 　　尽管倒级差结构存在平衡段，但其泄漏量较之H223平衡段的泄漏量已大幅降低，图