[00335653]丁二烯螺杆压缩机国产化研制

1、课题来源与背景 丁二烯是一种重要的石油化工基础原料,是C4馏分中最重要的组分,是合成橡胶、合成树脂的重要单体。混合C4抽提工艺是目前国内外制取丁二烯的主要方法,需要将常压操作的第一解析塔中的丁二烯混合气体（C4）送到压力较高的第二萃取精馏塔。由于气体流量大,易聚合,轴封系统不允许充氮,使得螺杆压缩机成为抽提工艺中的最佳选择。丁二烯螺杆压缩机作为丁二烯抽提装置中的关键设备,由于设计制造难度高,一直依赖国外进口。由于外商对核心技术的封锁和产品的垄断,进口机组价格高,交货周期长,售后服务不及时,对国内丁二烯产业的发展带来了较大的影响。在此背景下中船重工七一一研究所与上海齐耀螺杆机械有限公司联合开发,进行丁二烯压缩机的国产化的研制。同年,该项目被列为”2013年度上海市闵行区重大产业技术攻关计划项目”。 2、研究目的与意义 本项目针对丁二烯生产工艺对压缩机的技术要求,开展丁二烯抽提工艺装置中配套螺杆压缩机国产化研究工作。通过解决丁二烯防爆、防聚合等关键技术,研制具有国际同类产品先进水平的丁二烯螺杆压缩机组,并通过工程现场进行试验验证,从而为实现丁二烯压缩机的国产化提供技术支持。本项目的研制成功,填补了国内在该领域的空白,打破了国外对丁二烯压缩机的垄断,为我国丁二烯产业的发展提供了有力支撑。同时,极大地提升了国内高端工艺螺杆压缩机的设计制造水平,推进了我国石油石化等领域重大装备国产化的进程,促进了石化装备业的发展。 3、技术方案 本项目结合丁二烯的物性、生产工艺对压缩机的技术要求及工艺螺杆压缩机的性能特点,确定了丁二烯螺杆压缩机组的技术方案： （1）采用两级干式压缩：丁二烯化学性质活泼,如与氧化物质相遇,极易生成一种高聚物,并极有可能爆炸。在实际生产过程中,可能遇到的氧化性物有铁锈、水、氧气。因此丁二烯在压缩过程中不允许注水,必须采用干式压缩。 丁二烯在生产期间,因升温容易发生急剧膨胀,产生极大的应力作用于设备上,聚合点局部温度过高,造成停车以及重大的设备事故;被堵塞的设备难以清理,造成整套装置无法正常使用,造成重大的人员和财产损失。因此丁二烯在压缩过程中必须严格控制温度,一般不得超过80℃。 本项目拟采用两级干式压缩,同时在级间设置中间冷却器降低单级的排气温度,将介质温度控制在80℃以内。 （2）采用带流体动压槽的双端面机械密封：根据混合C4抽提工艺,C4出丁二烯压缩机进入下游回收塔,塔内不能混入不凝气,影响丁二烯的产品纯度。因此丁二烯在压缩过程中,轴封装置一般不允许充氮;丁二烯压缩机转速高,轴径大,轴封端面平均线速度超过30m/s;介质气成分复杂,除含有易聚结的丁二烯外,DMF溶剂对橡胶材料和石墨材料产生溶涨效果;要求无故障运行时间长,一般不低于2年。基于上述特点,丁二烯螺杆压缩机对轴封的选型及系统设计提出了很高的要求。本项目设计开发了一种改良过的适合丁二烯压缩机的密封形式。 4、创见与创新 本项目研发的丁二烯螺杆压缩机在国内尚属*,项目依托茂名100万吨/年乙烯改造扩建工程2#丁二烯抽提装置设计参数,通过自主研发,解决了丁二烯螺杆压缩机组防爆、防聚合的关键技术,并取得了多项创新： （1）新设计：创新性的引入干式螺杆压缩机的热力学模型结合主机冷态间隙、吸排气孔口、转速设计等多种设计方案,解决了防止丁二烯聚合的温度控制技术; （2）新结构：创新性的采用了新型”碳环+双端面流体动压型”密封组合结构,满足了轴封装置不充氮、转速高、直径大、介质组分复杂、无故障运行时间长的密封工艺要求。 本项目已获得5项专利授权,其中发明专利授权2项,1项计算机软件著作权。 产品技术指标：入口压力：0.006MPaG;出口压力：≤0.589 MPaG;入口温度：≤40℃;出口温度：≤80℃;机组振动：＜8mm/s;轴功率：＜1050kW;负荷：＞21T/h。经中科院上海科技查新咨询中心查新表明：该项目的设计与开发达到了国内领先、国际先进水平。本项目产品填补了国内空白,完全可以替代进口。 5、社会经济效益 该项目成果成功应用于茂名100万吨/年乙烯改扩建工程2＃丁二烯抽提装置的现场,自机组投入运行以来,运行可靠,性能稳定。按压缩机每年操作8000h计算,根据用电量对比,本机组用电量比HOWDEN压缩机多出80万度,按茂名工业用电1.0元/度,折合人民币元80万元;按产量对比,本机组产量比HOWDEN压缩机多出32000t,按丁二烯最低盈利1000元/t,折合人民币元3200万元,直接经济效益3120（万元）。 丁二烯螺杆压缩机实现国产化后,国产机组的价格为国外同类型机组的60%左右,可为国内用户节约大量外汇,极大降低了采购成本;同时国产机组比进口设备至少缩短六个月,大大缩短采购周期;国内机组备件的价格仅为国外的40%左右,机组维护运行成本大幅度降低。经济与社会效益显著。 6、历年获奖情况： 2016年,中国机械工业科学技术奖 二等奖 2017年,“一种螺杆压缩机”第十九届中国专利奖 优秀奖