一、立项背

公司八罐区丙烯气压缩机组（机-3）原采用两级串联双螺杆压缩机，排气压力1.8MPa，使用过程中机组的故障率高，主要有：1)丙烯气含湿气和固体粉末，润滑油易乳化变质，轴承和机封经常损坏；2)排气温度高＞85℃，冷却水消耗量大；3)转子轴向力和径向力大，转子经常磨损，轴承负载大、机组的振动和噪音大

为选择合适的机组解决上述问题，从容积流量、单级压比、容积效率、力平衡性、喷液介质、排气温度等性能以及一次性成本、能耗、易损件、运维成本、占地空间等成本两方面，对两级双螺杆压缩机、两级活塞压缩机、单级单螺杆压缩机进行了比选，单螺杆压缩机由于其结构特点决定其处理量大、容积效率高，单级压比高，力平衡性好，适合炼化装置很多工况。最终确定创新采用单级单螺杆压缩机

单螺杆压缩机欧美国家在空气、制冷、石化、军工等行业均有成熟应用，如McQuay、Dresser-Rand、Vilter、Daikin等公司，对中国技术封锁；采用单直线啮合型线，按制冷机结构设计，不满足石化行业气体组份复杂、可靠性高的要求

国内受制于国外的技术封锁，无法解决型线、加工及材料问题，目前大都只是仿制国外产品，在空压机领域有应用，单级压比做到12，两级压缩压比可以做到40，可靠性低。而没有一台工艺气单螺杆压缩机的应用业绩；在制造装备方面，以及装备的设计和制造方面都是空白

二、主要内

基于单螺杆压缩机结构原理的优越性（转子力平衡性好，对气体分子量不敏感，容积效率和单级压比高，可采用喷水润滑），开发研制高压比单螺杆工艺气压缩机，技术指标达到国际同类产品先进水平，满足公司回收丙烯气压缩机的工艺需要

1. 开发主要内容包括

1）?开发研制高压比单螺杆工艺气压缩机

a.??????满足炼化装置长周期运行的螺杆、星轮副型线的研究

b.??????计算机辅助设计技术的应用

c.??????集成式铸钢壳体的开发；

d.??????转子及星轮密封和辅助系统开发

e.??????集成式润滑、冷却系统设计

f.??????水幕喷射润滑冷却技术的研究

g.??????星轮静压滑动轴承研究

h.??????闭路循环试验系统的研制

i.??????单螺杆压缩机专用控制系统研究（SSCS）。

2） 完成现场工业应用

2．技术原

单螺杆压缩机的啮合副由一个螺杆和两副星轮组成，在单螺杆两侧的同一水平面内对称地配置两个与螺杆齿槽相啮合的星轮。螺杆和两个星轮分别在气缸内作旋转运动。螺杆在高压端留有一段整圆柱段,圆柱段与气缸间的间隙很小以密封螺杆齿槽内的高压气体。流经该圆柱段与气缸间的泄漏气体，能通过气缸上适当位置处的一通道引回吸气腔，这就使作用在螺杆两端的轴向气体力得以平衡

单螺杆压缩机的工作原理和其他容积型压缩机相仿，其基元容积是由齿槽、气缸及星轮所围成。在啮合过程中，星轮齿转动方向的前、后侧面与齿槽的前、后侧面接触,星轮齿顶则与螺杆齿槽底面接触。这样，处于啮合状态的星轮齿、螺杆齿槽以及机壳构成封闭的基元容积。当螺杆与星轮按照固定转速比运动时，这一基元容积作周期性地扩大与缩小，实现压缩气体的基本过程：吸气、压缩和排气

3．主要技术参

（1）介质组分：氢气：2.08% 、空气：0.58%、甲烷：0.07% 、乙烷：2.57% 、乙烯：0.02% 、丙烷：9.07% 、丙烯：84.85% 、异丁烷：0.11%、正丁烷：0.08% 、正丁烯：0.04%、异丁烯：0.03%、反丁烯：0.04%、顺丁烯：0.03%、异戊烷：0.07%、正戊烷：0.01% 、总戊烯：0.2%、C6:0.08%、二氧化碳：0.06%

（2）分子量：41.

（3）排气量：1200Nm3/

（4）质量流量：1704kg/

（5）入口压力：0.104MPa(G)???????

（6）拟出口压力：1.85MPa(G

（7）排气温度：≤80

（8）容积效率：≥90

4.?压缩机设计参

a.气柜2丙烯回收气组分： 丙烯气-84%，不凝气-16%

b.绝热指数：K=1.2

c.额定排气量： 1200Nm?/h

d.进/排气压力：4kPa （G）/ 1.8MPa（G

e.进/排气温度：常温/＜70℃

f.轴功率/电机功率：220kW / 280kW

g.额定转速：2980r/min

三、该项目与当前国内外同类研究、同类技术的综合比

高压比单螺杆单级工艺气压缩机项目的研制成功，替代了原两级喷油丙烯气双螺杆压缩机，主要有以下显著效果

a.?单级压比达到18，单级压缩机可替代多级串联压缩机，无级间分离和换热设备，节省更多的成本投入，具有极好的经济性

b.?容积效率达到90%，降低了能耗，具有更可观的节能性

c.?拥有发明专利技术的型线设计，有更好的流体动力学性能，保证了压缩机组的长效性；采用无油喷水润滑，不会产生二次污染，拥有更好的环保性

d.???????极好的力平衡性，确保轴承有更高的使用寿命，更高的稳定性，节省运营成本和维修成本

e.?采用石化工艺气专用机械密封设计，具有更高的可靠性和更多的选择性

f.?集成化的橇装系统设计，采用整体共用底座，大大减小了设备对于安装空间的要求，设备布置合理紧凑，设备的安装和检维修极为方便

g.?针对性的PLC控制系统设计，可满足工艺对设备调节控制的需求，可与DCS系统准确对接，实时监控，具有更高的智能化和安全性

四、创新

a.?采用首创的多圆柱包络型线和螺杆转子加工技术

b.?设计集成式壳体设计，减少安装误差

c.?壳体内部冷却喷射采用水幕喷射润滑冷却技术

d.?开发星轮静压滑动轴承，缩短了轴长度，增加了轴刚性，同时减少了两个机械密封

e.?开发转子及星轮密封盒辅助系统，保证机封运行可靠

f.?设计集成式润滑、冷却系统，采用喷水无油润滑、冷却和密封，系统简化。无强制润滑轴承和齿轮传动系统，不需配置润滑油系统

五、应用、推广情

2017年12月22日单螺杆压缩机组成功在中石化九江分公司丙烯气回收单元投用。标定结果表明，压缩机单级排气压力1.8MPa，排气量21.7m?/min，容积效率92.3%，排气温度≤60℃，达到了设计要求。压缩机组整体运行平稳可靠，排气压力和排气量稳定，具有高效节能、单级压比高、结构紧凑，维护方便等优点

单螺杆压缩机可在石油炼化企业中广泛推广应用，同时还可应用于石油炼化企业的瓦斯等工艺气尾气回收、石油开采企业的石油伴生气抽采增压回收、煤矿地面与井下煤层瓦斯气的抽采增压回收利用、生物质燃气如沼气和秸秆燃气的抽采回收等，节能减排的社会效益明显

2019年在中石化九江分公司瓦斯气回收单元推广应用，以及中石化齐鲁分公司装卸车系统单元推广应用了2台丁二烯压缩机，替代了进口设备