淺談羅茨鼓風機技術改造
摘 要：創建節約型企業是響應國家建設資源節約型社會的重要基礎性工作，也是企業增強核心競爭力的根本要求。揚州石化有限責任公司常壓裝置常壓塔頂油氣輸送風機——羅茨鼓風機自2012年3月投用以來，運轉可靠度低，能耗較高，故障頻繁，單次維修時間較長，極錦工影響了裝置運行。本文闡述了從技術上采取多種手段對羅茨鼓風機進行技術改造的全過程及取得的經濟效益。
關鍵詞：羅茨風機；螺旋密封；轉速；技術改造
一、前言
揚州石化有限責任公司常壓裝置塔頂油氣輸送風機——羅茨鼓風機（型號TAR100， 8 Nm3/min，1480 r/min（變頻），0.15（出口）Mpa，37KW，兩級鼓風，帶傳動，年運行8000 h），壓縮常壓塔頂輕烴并輸送至催化裂化裝置氣壓機入口由吸收穩定單元進行分離，主要分離出液化氣，干氣。當前裝置原油處理量42.3萬T/年下，該風機正常工作狀態下一、二級出口壓力分別為0.10、0.12Mpa，一、二級出口壓力均大于催化裂化氣壓機入口壓力（0.06 Mpa），維修頻次約6次/年，故障維修時間較長約60h/次，使用循環冷卻水≥2T/ h。
經過技術經濟分析后認為，由于氣體管路阻力較小，輕烴向氣壓機入口輸送的能力有富余；故障時設備維修次數及單次維修時間過長；風機轉速存在200-300rpm的波動等問題。因此在機組輸送能力和設備有效利用率上有改善的空間。
二、項目內容與實施效果
從節能和降低機組故障率的目的出發，我們提出了以下幾點改進措施：
1、降低機組負荷從而降低電機電流。因電機故障率較低，運行周期一般為風機的6倍以上，故改兩級鼓風為一級鼓風，拆除電機雙側皮帶中的一側，壓縮油氣流程由串聯改為并聯/串聯均可使用，一般根據管路沿程壓降計算公式△P=λ×ρ×（L/D）×（V-2/2）（單位：Pa）可以計算得出管路壓降。為簡化計算過程，查相關圖表得知：DN80mm，L=100m空氣管道的阻力降約為0.254～1.892KPa，輸送油氣的管道阻力降≤3.5 KPa。所以正常情況只運行風機其中一級即可達到輸送要求，另外一臺風機則變為備用機。機組負荷降低近35%，實測電機電流從45A降至30A，電機功耗降低約33%，同時僅增加四千元的管路流程改造投資即獲得備用風機一臺。
2、提高設備有效利用率。減少定期/臨時維修時間，從而減少因維修導致的輕烴放空/放低壓瓦斯管網的泄放量。改為單級鼓風后，另外一臺風機等于多出了一臺備用機組，一臺發生故障時，僅需20分鐘的時間用來更換皮帶、切換機組，機組故障維修時間由60 h/次×6次 /年（約360 h /年）降至20min×6次=2 h/年，減少油氣泄放約360 h。
3、降低軸承故障率，節約中小修費用。原機組的軸封采用的是光軸+骨架油封（4片）密封，該密封形式不能保證對介質的完全密封，運行一段時間后，泄漏出來的輕烴組分冷凝后就會積存與軸承座，溶解稀釋了潤滑脂，造成潤滑不良，軸承損壞頻繁。拆解分析，我們采取了采用螺旋槽密封+反向密封氮氣流程，用節流孔板+針形截止閥控制氮氣流量。
當氮氣通過連續螺旋時，其流動狀態發生變化，承受周向速度Vt和周向壓力P。Vt可分解為沿齒槽流動的速度V1和垂直于齒面的速度V2，V2可再次分解為軸向分速度Va，借助于螺旋槽的推進，形成“泵送”作用而將少量氮氣不斷反向輸送至壓縮腔內，形成密封。該措施增加氮氣用量約1m3/h，保證了軸承座內微正壓，充分保護脂潤滑軸承避免與輕烴接觸，延長軸承使用壽命三倍以上。
4、停止一、二級間循環冷卻水的使用達到節水目的。烴類熱裂解總會產生焦類物質，測量原級間氣體溫度，夏季風機出口介質溫度最高溫度為65℃，測得軸承及同步齒輪傳動機構溫度為68℃，該溫度未超過廠家設備安全設防值75℃，在該溫度下不會導致介質油氣的結焦傾向加大。所以，無級間冷卻水仍能滿足工藝生產和設備安全的要求，可以節約使用循環水≥1.5T/ h。
5、改善羅茨風機轉速不均勻狀況。轉速時不均勻時，零部件承受交變應力，長此以往，易破壞產生突發故障。羅茨風機轉速是否平穩主要受變頻器工作穩定狀況、氣體負荷變化、級間帶液情況、皮帶是否打滑等影響，是根據常壓塔塔頂壓力進行控制的，常壓裝置原油加工量增大后，原有入口管線、換熱器、壓降變大。塔頂壓力升高時，風機轉速應升高，而此時吸入氣體量卻不足，導致風機產生短時“飛車”現象。數據分析及現場查看后認為，從塔頂→塔頂油氣冷卻器入口→冷卻器出口→頂回流罐→風機入口緩沖罐壓力分布分別為70Kpa→65Kpa→35Kpa→10Kpa→4Kpa，因此初步判斷常壓塔頂系統結鹽或管路流通能力不足現象，壓降較大部位見下圖。
?、僭诶鋮s器處壓降最大。結鹽機理如下：原油加工
摘 要：創建節約型企業是響應國家建設資源節約型社會的重要基礎性工作，也是企業增強核心競爭力的根本要求。揚州石化有限責任公司常壓裝置常壓塔頂油氣輸送風機——羅茨鼓風機自2012年3月投用以來，運轉可靠度低，能耗較高，故障頻繁，單次維修時間較長，極錦工影響了裝置運行。本文闡述了從技術上采取多種手段對羅茨鼓風機進行技術改造的全過程及取得的經濟效益。
關鍵詞：羅茨風機；螺旋密封；轉速；技術改造
一、前言
揚州石化有限責任公司常壓裝置塔頂油氣輸送風機——羅茨鼓風機（型號TAR100， 8 Nm3/min，1480 r/min（變頻），0.15（出口）Mpa，37KW，兩級鼓風，帶傳動，年運行8000 h），壓縮常壓塔頂輕烴并輸送至催化裂化裝置氣壓機入口由吸收穩定單元進行分離，主要分離出液化氣，干氣。當前裝置原油處理量42.3萬T/年下，該風機正常工作狀態下一、二級出口壓力分別為0.10、0.12Mpa，一、二級出口壓力均大于催化裂化氣壓機入口壓力（0.06 Mpa），維修頻次約6次/年，故障維修時間較長約60h/次，使用循環冷卻水≥2T/ h。
經過技術經濟分析后認為，由于氣體管路阻力較小，輕烴向氣壓機入口輸送的能力有富余；故障時設備維修次數及單次維修時間過長；風機轉速存在200-300rpm的波動等問題。因此在機組輸送能力和設備有效利用率上有改善的空間。
二、項目內容與實施效果
從節能和降低機組故障率的目的出發，我們提出了以下幾點改進措施：
1、降低機組負荷從而降低電機電流。因電機故障率較低，運行周期一般為風機的6倍以上，故改兩級鼓風為一級鼓風，拆除電機雙側皮帶中的一側，壓縮油氣流程由串聯改為并聯/串聯均可使用，一般根據管路沿程壓降計算公式P=λ×ρ×（L/D）×（V-2/2）（單位：Pa）可以計算得出管路壓降。為簡化計算過程，查相關圖表得知：DN80mm，L=100m空氣管道的阻力降約為0.254～1.892KPa，輸送油氣的管道阻力降≤3.5 KPa。所以正常情況只運行風機其中一級即可達到輸送要求，另外一臺風機則變為備用機。機組負荷降低近35%，實測電機電流從45A降至30A，電機功耗降低約33%，同時僅增加四千元的管路流程改造投資即獲得備用風機一臺。
2、提高設備有效利用率。減少定期/臨時維修時間，從而減少因維修導致的輕烴放空/放低壓瓦斯管網的泄放量。改為單級鼓風后，另外一臺風機等于多出了一臺備用機組，一臺發生故障時，僅需20分鐘的時間用來更換皮帶、切換機組，機組故障維修時間由60 h/次×6次 /年（約360 h /年）降至20min×6次=2 h/年，減少油氣泄放約360 h。
3、降低軸承故障率，節約中小修費用。原機組的軸封采用的是光軸+骨架油封（4片）密封，該密封形式不能保證對介質的完全密封，運行一段時間后，泄漏出來的輕烴組分冷凝后就會積存與軸承座，溶解稀釋了潤滑脂，造成潤滑不良，軸承損壞頻繁。拆解分析，我們采取了采用螺旋槽密封+反向密封氮氣流程，用節流孔板+針形截止閥控制氮氣流量。
當氮氣通過連續螺旋時，其流動狀態發生變化，承受周向速度Vt和周向壓力P。Vt可分解為沿齒槽流動的速度V1和垂直于齒面的速度V2，V2可再次分解為軸向分速度Va，借助于螺旋槽的推進，形成“泵送”作用而將少量氮氣不斷反向輸送至壓縮腔內，形成密封。該措施增加氮氣用量約1m3/h，保證了軸承座內微正壓，充分保護脂潤滑軸承避免與輕烴接觸，延長軸承使用壽命三倍以上。
4、停止一、二級間循環冷卻水的使用達到節水目的。烴類熱裂解總會產生焦類物質，測量原級間氣體溫度，夏季風機出口介質溫度最高溫度為65℃，測得軸承及同步齒輪傳動機構溫度為68℃，該溫度未超過廠家設備安全設防值75℃，在該溫度下不會導致介質油氣的結焦傾向加大。所以，無級間冷卻水仍能滿足工藝生產和設備安全的要求，可以節約使用循環水≥1.5T/ h。
5、改善羅茨風機轉速不均勻狀況。轉速時不均勻時，零部件承受交變應力，長此以往，易破壞產生突發故障。羅茨風機轉速是否平穩主要受變頻器工作穩定狀況、氣體負荷變化、級間帶液情況、皮帶是否打滑等影響，是根據常壓塔塔頂壓力進行控制的，常壓裝置原油加工量增大后，原有入口管線、換熱器、壓降變大。塔頂壓力升高時，風機轉速應升高，而此時吸入氣體量卻不足，導致風機產生短時“飛車”現象。數據分析及現場查看后認為，從塔頂塔頂油氣冷卻器入口冷卻器出口頂回流罐風機入口緩沖罐壓力分布分別為70Kpa65Kpa35Kpa10Kpa4Kpa，因此初步判斷常壓塔頂系統結鹽或管路流通能力不足現象，壓降較大部位見下圖。
?、僭诶鋮s器處壓降最大。結鹽機理如下：原油加工過程中，有機氯發生分解生成HCl或無機氯的鈉鹽、鈣鹽、鎂鹽。常壓塔頂注入氨氣（NH3），NH3 和HCl反應生成NH4Cl，當塔內出現液相明水時形成NH4Cl水溶液NH4Cl水溶液在流動過程中隨溫度的升高，水分逐漸失去而成為一種黏性很強的半流體與鐵銹等一起沉積附著在設備、管線內壁，導致流通截面變小，壓降增大。
?、陧敾亓鞴揎L機入口緩沖罐的壓降較大，導致頂回流罐風機入口緩沖罐管道（DN80mm）為利舊，小于風機入口管徑（DN100mm），目前無法更換。
在滿足塔頂油氣冷卻效果的情況下，稍開冷卻器副線閥后，壓力變化為70Kpa60Kpa43Kpa18Kpa10Kpa，風機轉速目前僅有20～50rpm的波動，情況大有好轉。
三、經濟效益與社會效益分析
措施（1）節省用電約為7KW×24 h×330=55440 KW·h，即減少電費（0.6166元/ KW·h）支出約3.4萬元。
措施（1）增加初始投資0.4萬元，分攤后約0.03萬元/年。
措施（2）每年減少油氣（約5000元/T）放大氣/放低壓瓦斯總網約0.102T/ h×360 h=36.75 T，約18.375萬元。
措施（3）增加氮氣消耗（1.20元/ m3）約1m3/h×8000 h=8000 m3/年，約9600元。
措施（3）減少中小修及配件費用（1160+2000）元/次×3次/年=9480元/年。（每次維修，軸承約500元，油封約480元，皮帶約180元，工時費約2000元）
措施（4）減少循環水使用約≥1.5T/h×8000 h=12000 T/年。約1萬元。
以上合計節約22.545萬元/年，取得了較好的經濟效益；同時大大減少了油氣放空/放低壓瓦斯管網，取得一定的節能減排社會效益。
四、存在的主要問題和改進措施
由于風機轉速仍有少量波動，預計下次裝置計劃大修時，采取更換塔頂油氣出口管線、增錦工機入口管線和清洗管路、換熱器等措施，增大流通面積，降低壓降，使風機轉速更加均勻。
參考文獻
《煉油設備基礎知識》 馬秉騫 主編
《煉油設備工程師手冊（第二版）》，中國石化出版社
科 學 進步 淺談羅茨鼓風機的技術改造 蔣理 吳正生 (中國石化揚州石化 有限責任 公司，江蘇揚~) 摘 要：創建節約型企業是響應 國家建設資源節約型社會 的重要基礎 性工作 ，也是企業增強核心競爭力 的根本要求 。揚州石化有 限責任 公司常壓裝 置常壓 塔頂油氣 輸送 風機—— 羅茨鼓風機 ~2o12年3月投用 以來 ，運轉可靠度低 ，能耗較 高，故障頻繁，單次 維修時間較長，極錦工影 響了裝 置運行 。本文 闡述了從技術上采取多種手段對羅茨鼓風機進行技術改造的全過程及 取得 的經濟 效益 關鍵詞：羅茨風機 ；螺旋密封 ：轉速 ；技術改造 一 、 前言 揚 卅I石化有 限責任公 司常壓 裝置塔頂油氣 輸送風 機—— 羅茨鼓風 機 (型號TAK100，8 Nm3／n-fin，1480 r／rain(變頻)，0．15(出 口)Mpa，37KW ，兩 級鼓風，帶傳動 ，年運行8000 h)，壓縮常壓塔頂輕烴并輸送 至催化裂化裝置 氣壓機入口由吸收穩定單元進行分離，主要分離出液化氣，干氣。當前裝置 原油處理量42．3萬T／年下，該風機正常工作狀態下一、二級出121壓力分別為 O．10、0．12Mpa，一 、二級 出 口壓力均 大于催化 裂化氣 壓機入 口壓力 (O．O6 Mpa)，維修頻次約6次／年，故障維修時間較長約60h／次，使用循環冷卻水 ≥ 2T／h。 經過技術經濟分析后認為，由于氣體管路阻力較小，輕烴向氣壓機入口 輸送的能力有富余：故障時設備維修次數及單次維修時間過長：風機轉速存 在200—300rpm的波動等問題。因此在機組輸送能力和設備有效利用率上有 改善的空間。 二、項目內容與實施效果 從節能和降低機組故障率的目的出發，我們提出了以下幾點改進措施： 1、降低機組負荷從而降低 電機 電流。因電機故障率較低 ，運行周期一般 為風機的6倍 以上 ，故改兩級鼓風為一級鼓風，拆除 電機雙側 皮帶中的一側 ， 壓縮油氣流程 由串聯改為并聯／串聯均可使用，一般根據管路沿程壓降計算 公式 Ap=kxpx(L／D)×c、，．2／2)(單位：Pa)可 以計算得出管路壓 降。為簡化計 算過程，查相關圖表得知：DN80mm，L=100m空氣管道的阻力降約為0．254~ 1．892KPa，輸送油氣的管道阻力降≤3．5 KPa。所以正常情況只運行風機其 中一級即可達到輸送要求，另外一臺風機則變為備用機。機組負荷降低近 35％，實測電機電流從45A降至30A，電機功耗降低約33％，同時僅增加四千 元的管 路流程改造投資即獲得 備用風機一臺。 2、提高設備有效利用率。減少定期／臨時維修時間，從而減少因維修導 致的輕烴放 空／放低壓瓦斯管 網的泄放量。改為單級鼓風后，另外一臺風機 等于多出了一臺備用機組，一臺發生故障時，僅需2O分鐘的時間用來更換皮 帶、切換機組，機組故障維修時間由60 h／次×6次 ／年 (約360 h／年)降至 20minX6次=2 h／年，減少油氣泄放約360 h。 3、降低軸承故障率，節約中小修費用。原機組的軸封采用的是光軸 +骨 架油封(4片)密封，該密封形式不能保證對介質的完全密封，運行一段時間 后，泄漏出來的輕烴組分冷凝后就會積存與軸承座，溶解稀釋了潤滑脂，造 成潤滑不良，軸承損壞頻繁。拆解分析，我們采取了采用螺旋槽密封+反向 密封氮氣流程，用節流孔板+針形截止閥控制氮氣流量。 當氮氣通過連續螺旋時，其流動狀態發生變化，承受周向速度vt和周向 壓力P。Vt可分解為沿齒槽流動的速度v1和垂直于齒面的速度V2，V2可再次 分解為軸向
根據流體力學理論，氣體的流動過程將伴隨著損失。由于這一切都是在風機輸送氣體的過程中發生的，也就是浪費了風機的能量。
羅茨風機的風壓是不受風機轉速限制的，不論轉速變化如何其風壓可以保持不變。而風量則與風機轉速成正比的。羅茨鼓風機恒轉矩負載，其節電率與轉速降成正比，雖然不同于一般風機、水泵節電率更高，但因它的功率較大，而且只要爐墻不壞，是連續24小時工作的，并開動時間亦很長，因此節電潛力大，節電費用高。
羅茨鼓風機進行技術改造后，改變了過去以調節出口或者進口閥門開度方式來調節風壓或風量的生產方式，勞動強度減輕，調節的及時性好，提高了產品的合格率，單耗明顯下降。
羅茨風機在運轉中要注意檢查：電源、電壓、電流值、壓力、大氣溫度、排出溫度、軸承溫度、振動、噪音、油位、污垢程度、皮帶張力等事項并留下記錄表，這樣對于早期發現或發生問題時原因調查有很大幫助。不可以使用出口閘閥來調整風量，應該改變羅茨風機轉速或贈放排氣閥防控的方法來調整。
不應把羅茨風機安裝在人經常出入的場所，以防受傷和燙傷。羅茨風機室外配置時，應設置防雨棚，羅茨風機在不大于40℃的環境溫度下可長期使用，超過40℃時，應安裝排氣扇等降溫措施，以提高風機使用壽命。
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