压缩机缓冲罐（共4篇）
压缩机缓冲罐 篇1
由三级压缩缓冲罐是兖矿鲁南化肥厂合成氨分厂压缩工段的主要气体缓冲设备之一。造气送来的半水煤气经三级压缩后,进入三级压缩缓冲罐充分缓冲,介质以2.25MPa的稳定压力进入净化,经净化工序精制成合成氨需要的氮氢混合气。2005年9月新投入使用约一年的三级压缩缓冲罐,在进气口,即上封头靠近中心接管处出现由中心向外盘旋发射状裂纹,裂纹最大宽度1mm,展开长度17mm,打磨清理后发现裂纹最深达7mm,裂纹处积满油污。
设备简图:设备技术特性如下:
主要部件明细表:
1 裂纹形成原因分析
1.1 管道气柱共振、管内激应力、管道机械共振,是裂纹产生的主要原因。压缩机的激发频率、气柱的固有频率、管道系统固有频率三者恰逢相近,管道和气柱均处于共振状态,导致管路发生最强烈的振动,接管处因疲劳受力过大而产生破坏。
1.1.1 气柱共振导致的破坏
压缩机工作时管道系统内的气柱受到压缩机规律性的激发,产生受迫震动,震动的结果是形成压力脉动。气柱的压力脉动激发频率接近其固有频率时形成气柱共振,此时气柱压力波动成倍增强,气柱震动破坏达到相应的峰值。
1.1.2 管内激应力导致的破坏
活塞式压缩机吸排气为间歇性且排气量大,气流的压力和速度呈周期性变化,气流脉动大。压缩机工作时在管道系统的弯头、阀门等部位都会产生较大的激振力,引起管道振动。本文设及的管道系统中弯头、变径较多,系统产生的激振力较大,振动破坏性较强。
1.1.3 管道机械共振导致的破坏
管道系统由管道、管道附件、容器、支架等组成,受到激发后会产生机械振动。激发力的频率与管道系统的固有频率相近时,发生了机械共振,最大的振动振幅给管道系统带来了较大的破坏。
1.2 焊接缺陷是裂纹产生的导火索
封头与接管焊接时,在焊缝的外边缘,即焊缝与封头母材的交接处,封头开孔不规范,存有尖锐的凹齿形缺陷,而焊接时又没有将缺陷消除,在管道综合振动的作用下,设备的薄弱环节受力疲劳发生破坏。
1.3 裂纹处存在油污加快了裂纹的腐蚀破坏。
2 处理原v则与修复方案:
2.1 处理原则:
最大程度上消除管道共振;修复裂纹及焊接缺陷。
2.2 修复方案:
2.2.1 防振处理
2.2.1. 1 避免气柱共振
缩短压缩机出口与三级缓冲罐的距离,改变气柱的固有频率,使其避开压缩机的激发频率,从而避免气柱共振。
2.2.1. 2 减小激振力
减少压缩机出口至三级压缩缓冲罐间管道上的弯头、阀门等附件,减少激发响应环节,减少激振力。
2.2.1. 3 消除管道系统产生机械共振
对管道支撑进行加固,改变管道结构的固有频率,使其避开激振频率。
2.2.2 裂纹处理
2.2.2. 1 缺陷清理。缺陷位置见下:
2.2.2. 1. 1 用氧炔焰清理封头缺陷周围的油污,并用干净的纱布清理干净。
2.2.2. 1. 2 无损检测,找出缺陷的具体位置并标出,确定裂纹的具体宽、窄位置并记录。
2.2.2. 1. 3 用砂轮机清理缺陷,边清理边无损检测配合,直至将原始缺陷清理干净。必要时用碳弧气刨清理。封头上裂纹的修复型式按下图:
接管及补强圈的焊接型式:
2.2.2. 1. 4 用砂轮机截断裂纹的两端。防止焊接时裂纹延续。
2.2.3 焊接方法:
焊接采用氩弧焊打底,焊条电弧焊焊接。
2.2.4 机具:
直流氩弧焊机(ZX7-315/ST)、直流电焊机、焊条保温筒、刨锤、钢丝刷、角向砂轮机、电焊面罩、氩气、气割工具一套。
2.2.5 焊接电源:
氩弧焊,极性正接;手工电弧焊,极性反接。
2.2.6 焊前清理:
采用角向磨光机打磨坡口,坡口面角度按图示,坡口面应保持平整,不得有裂纹、分层、夹杂等缺陷;焊接部位及其两侧各30mm的范围,焊前用有机溶剂(丙酮或酒精)清洗残余的油污,不得有水、油、锈、积渣和其它有害杂质存在。
2.2.7 焊接材料:
钨极氩弧焊时钨极采用铈钨极,规格Φ2.0;氩气纯度不得低于99.99%;焊丝采用H10MnSi,规格Φ2.0,使用前用丙酮擦洗,不得有水、油、锈等污物;封头的材料为16MnR,入口管的材料为20,焊条选择及准备按下表:
2.2.8 焊接参数:
2.2.8. 1 焊接材料J507的工艺参数见下表:
2.2.8. 2 氩弧焊焊丝焊接参数(H10MnSi)见下表。
2.2.9 焊接过程:
2.2.9. 1 焊接过程中,引弧应在焊接部位进行,不得在焊接部位以外随意引弧。施焊过程中应注意接头和收弧质量,收弧时应将熔池填满,多层多道焊的焊接接头应错开。
2.2.9. 2 每焊一道焊缝,即进行焊后锤击消除焊接应力,但第一层与盖面层不得采取锤击措施。
2.2.9. 3 焊接过程中,层间温度应控制在100℃以下,防止焊缝过热。焊后用氧炔焰消除应力处理。
2.2.1 0 检验:
2.2.1 0. 1 外观检查合格后,对接焊缝进行射线无损探伤,探伤比例100%,结果符合JB/T4730中规定的Ⅱ级合格。角焊缝进行着色检查,检查比例为100%,结果符合JB/T4730中规定的Ⅰ级合格。
2.2.1 0. 2 无损检测合格后,对三级压缩缓冲罐进行水压试验,试验压力3.2MPa。
3 结束语
三级压缩缓冲罐修复后,一直运行至今,管道震动问题得到了解决。
油气分离缓冲罐的改进 篇2
在长庆油田开采的三叠系油藏, 原油油气比含量高, 为了分离原油中的天然气, 在地面工艺流程中, 在增压点或接转站安装油气分离缓冲罐。分离出来的天然气用于增压点或接转站的生产、生活加热采暖;同时利用缓冲罐的暂时储油作用, 解决单井到接转站或增压点输送的液量不稳定, 造成外输液量波动等问题。目前油气分离缓冲罐已经标准化和系列化, 广泛应用于高油气比油田生产中。
二、油气分离缓冲罐的结构及存在的问题
1. 组成及工作原理。
常用的油气分离缓冲罐如图1所示。
油气分离缓冲罐工作原理是:油气混合物从进油口进入缓冲罐, 经过能量吸收器后喷到缓冲隔板上, 因压力降低加之扩散作用, 使原油中溶解的天然气游离出来。分离后的油靠自重落到底部, 经过破沫网破沫后从油出口排出, 而携带有小油滴的天然气, 又经过气体整流器和捕雾器后, 从出气口排出。
2. 存在的问题。
由于不同油藏及油藏的不同时期的油气比存在差别, 油气分离缓冲罐在使用中逐渐暴露出工艺设计存在的缺陷。
一是生产出来的天然气气量调节范围小。在实际生产中, 在一些油田开采初期或者油气比高的油田, 增压点或接转站上的油气分离缓冲罐分离出的气量比较大, 远远大于站点生产和生活用气需要。多余的气体由于现有混输工艺的限制, 无法和原油再重新混合后输送, 而大部分站点没有铺设输送天然气的管线, 多余的天然气几乎全部采用点火炬燃烧掉, 造成大量的燃料浪费和环境污染。同时, 由于上游站点原油中的大量气体分离, 造成下游站点的原油不能分离出足够的油田气来满足加热和其他生产需要。
二是分离出的天然气中含有大量水蒸气和高碳轻烃组分。用管道输送, 在冬季随着温度降低, 易从气态相变为液态相, 堵塞管线, 影响正常生产。在处理冻堵管线时, 由于轻烃组分燃点低, 容易使轻烃燃烧, 造成烧伤员工的事故。
三、油气分离缓冲罐的改进
针对在用的油气分离缓冲罐使用中存在的问题, 对新制作的缓冲罐的结构进行了改进, 如图2所示。
1. 在原来结构的缓冲罐上增加了一个进油三通阀和一个辅助进油口, 利用进油三通阀阀芯位置, 调节主进油口和辅助进油口的油量。主进油口就是原缓冲罐的进油口, 辅助进油口直接与缓冲罐下部联通, 主进油口的油经过能量吸收器、缓冲板等, 实现油气分离;辅助进油口的油进入缓冲罐后, 只自然分离很少一部分天然气, 通过调节三通阀阀芯位置, 实现缓冲罐天然气产量的调整。
2. 在缓冲罐天然气出口增加一个冷凝分离器, 主要作用是:冷凝含有水蒸气和高碳轻烃组分的天然气, 经过冷凝后, 部分水蒸气变成液态水, 高碳轻烃组分变成液态轻烃, 这些液态成分依靠重力作用, 流回到缓冲罐中。经这样简单其处理后, 天然气含的水蒸气和高碳轻烃组分大部分可以除去, 从而减少天然气中易凝结变成液态相的组分, 提高其品质。
3. 在缓冲罐罐体内增加一组天然气加热盘管, 冬季运行时, 可以将分离后冷凝过的天然气再次加温后, 输送到站内天然气管道内, 用于生产加热需要。
四、改进后的油气分离缓冲罐的使用效果评价
2010年, 在吴起油田的旗五接转站改造缓冲罐时, 安装两台60m3的新结构缓冲罐。安装完成后, 在夏季运行, 调节三通阀阀芯, 使原油部分通过辅助进油口进入缓冲罐, 天然气产量减少, 这样就不需要点火炬燃烧多余的天然气。冬季运行, 由于在缓冲罐上安装了冷凝油水分离器, 天然气中的水蒸气和高碳轻烃组分大部分被冷凝后分离, 以往需要天天对压力缸放一次水和轻烃的混合物, 现在只需每周定时排放一次。
压缩机缓冲罐 篇3
1 防撞梁及缓冲托罐装置的组成
弹性防撞梁及缓冲托罐装置主要由井上、下缓冲装置 (BS型多盘式摩擦缓冲装置) 、井上弹性防撞梁和井上托罐装置 (FHT型弹性防撞梁及其缓冲托罐装置, 图1) 组成。
2 工作原理
2.1 罐笼过放、坠罐缓冲
当罐笼过放或坠落时, BS型多盘式摩擦缓冲装置起到缓冲作用, BS型多盘式摩擦缓冲器安装于井底码头门附近的罐道梁上, 4台BS缓冲器分别安装于提升容器两侧的罐道梁上, 且缓冲器上都均缠有钢丝绳, 钢丝绳的另一端吊2个缓冲托梁, 缓冲托梁位于罐笼正常停车位置下方, 正常提升时罐笼碰不到缓冲托梁。过放时罐笼落在缓冲托梁上, 带着缓冲托梁向下运动。缓冲托梁通过4根钢丝绳拉着4台缓冲器的卷筒转动, 缓冲器卷筒中的摩擦片与钢丝绳摩擦给出一定的制动阻力, 缓冲装置利用多盘式摩擦制动原理吸收过卷、过放容器的动能, 使罐笼平稳减速停车, 一般井底有2～3 m深的水窝即可满足缓冲要求。
2.2 罐笼过卷保护
当罐笼过卷时, 首先BS型多盘式摩擦缓冲装置起到缓冲作用, 4台BS型缓冲器多盘式摩擦缓冲器安装于井口锁口梁上, 缓冲器上都缠有钢丝绳, 钢丝绳的另一端吊着2个缓冲托梁, 缓冲托梁位于罐笼正常停车位置上方, 正常提升时罐笼碰不到缓冲托梁。过卷时罐笼撞在缓冲托梁上, 带着缓冲托梁向上运动。缓冲托梁通过4根钢丝绳拉动缓冲器的卷筒转动, 缓冲器卷筒中的摩擦片和钢丝绳摩擦给出一定的制动阻力, 缓冲装置利用多盘式摩擦制动原理吸收过卷、过放容器的动能, 使得罐笼平稳减速停车。
若由于提升力过大, BS型缓冲器多盘式摩擦缓冲器无法实现停车, 这时FHT型弹性防撞梁及其缓冲托罐装置就起到了关键作用。当罐笼继续上升将撞到位于最顶端的弹性防撞梁时, 由于弹性防撞梁是一种含有弹性元件的复合梁, 具有一定的弹性, 可减小对过卷容器的冲击与变形, 并可以阻止提升容器继续上升, 有效保护天轮。剧烈的撞击致使提升钢丝绳断裂, 罐笼坠落, 托罐装置 (主要由缓冲器、滑槽、托爪等组成) 的托爪迅速伸出, 从而托住下落容器。托罐装置既具有托罐功能, 又具有缓冲功能, 可使容器下落距离不大于500 mm, 能够满足《煤矿安全规程》第396条规定及《矿井提升系统许可运行证书检查标准》的要求。
3 托罐装置选型计算
3.1 提升概况
1 t单层单车罐笼质量为2 450 kg, 矿车质量595 kg, 矿车载煤质量为1 000 kg, 矿车载矸石质量为1 800 kg, 罐笼允许乘坐人数 (每人按75 kg计算) 12人, 最大终端载荷48.45 kN, 最大提升速度5 m/s, 井深215 m, 提升钢丝绳型号为6×19-28, p=27.4 N/m。
3.2 托罐力计算
根据提升参数计算出提升钢丝绳终端最大载荷为: Qmax=Q0+QZ=48.45 kN。
考虑4倍的安全系数, 托罐力为193.80 kN。
3.3 过放缓冲制动力计算
为了确保人身安全, 防过放制动减速度a应小于3g。过放缓冲距离S下=2 m, 过放制动减速度a=v2/2s=0.637g。
建立过放缓冲制动模型后, 根据力学知识得F-Q下=ma, 故F=ma+Q下=m (a+g) 。
式中, F为过放缓冲制动力;Q下为过放容器重力;a为过放制动减速度。
当轻罐 (载1人) 过放且a=3g时, Fkx= (Q0+75) ×4g=101.00 kN。
当重罐 (载12人) 过放时, Fzx= (Q0+QZ) (a+g) =54.84 kN。
当重罐 (载矸1 800 kg) 过放时, Fzx= (Q0+QZ) (a+g) =79.31 kN。故过放制动力必须取79.31 kN, 则最大制动减速度a=3.14g。根据计算参数可提交生产厂家定制产品设备。
4 结语
压缩机缓冲罐 篇4
虽然提升系统中已经安装了各种保护装置, 如行程开关、深度指示器保护和软件控制保护等, 但提升过程中过卷 (过放) 事故仍时有发生。防过卷 (过放) 缓冲托罐装置作为立井提升最后一道保护措施, 传统上采用木制楔形罐道作为过卷 (过放) 缓冲保护装置, 其原理是过卷 (过放) 时通过提升容器的滚轮罐耳挤压楔形罐道而产生的摩擦阻力, 使提升容器减速停止。但此过程会损坏滚轮罐耳, 严重时会刨削或劈裂楔形木罐道, 并且此装置无法准确设定阻力, 有可能阻力过大, 从而使罐笼内人员“冲顶”, 造成安全事故。
木制楔形罐道已经无法满足《煤矿安全规程》规定:立井提升装置过卷 (或过放) 行程内需安装性能可靠的缓冲装置, 缓冲装置应能将全速过卷 (过放) 的提升容器平稳地停住, 并保证不再反向下滑 (或反弹) ;当提升速度>3 m/s时, 提升系统必须设防撞梁和托罐装置, 托罐装置必须能将撞击防撞梁后再下落的提升容器托住, 并保证其下落的距离不超过0.5 m。因此, 研究能满足规范要求的立井提升防过卷 (过放) 缓冲托罐装置是十分必要的。
1 工作原理及优缺点
摩擦式立井提升防过卷 (过放) 缓冲托罐装置是现在最为常用和有效的保护装置。
1.1 基本原理
过卷 (过放) 缓冲托罐装置采用多组摩擦盘摩擦制动原理, 吸收过卷 (过防) 时提升系统的动能。该装置用作防过卷 (过放) 时缓冲器安装在罐道梁上, 缓冲器的摩擦卷筒上缠有钢丝绳, 钢丝绳另一端悬吊缓冲托梁, 正常提升时罐笼碰不到缓冲托梁, 当提升容器过卷 (过放) 时撞击缓冲托梁并带着缓冲托梁运动, 缓冲托梁通过钢丝绳拉动摩擦缓冲器的摩擦卷筒, 从而给出一定的制动阻力使得提升容器平稳地减速停车, 避免恶性事故发生。立井提升防过卷 (过放) 缓冲托罐装置布置图如图1所示。
缓冲托罐装置由滑槽、托爪及缓冲元件等组成。当容器过卷撞击托罐装置的托爪时, 托爪能自动回缩, 当容器继续上升到刚刚离开托罐装置即将撞击防撞梁时, 托爪迅速伸出, 从而可承接下落容器。在承接过程中通过缓冲元件缓冲以减缓对井架及提升容器的冲击力。防撞梁具有一定的弹性, 可减小对过卷容器的冲击与变形, 与此同时可避免因弹性反弹现象造成的反向冲击力。托罐装置既具有托罐能力又具有缓冲能力, 能保证过卷容器撞击防撞梁后下落距离不大于500 mm。
1.2 优点和缺点
该装置优点:制动力范围大, 制动力可调, 制动性能稳定可靠, 尤其是在制动开始的0~500 mm距离内制动力可由额定制动力的16%逐渐增至额定值, 以避免瞬间撞击力峰值对提升容器及井架的破坏以及对人身安全的威胁。碟形弹簧及摩擦副都位于卷筒内, 并采取了防潮密封措施;整个缓冲器安装于防护罩内, 可在井筒淋水等恶劣条件下使用;维修量小, 能重复使用。
该装置缺点:连接钢丝绳时间长了容易出现锈蚀、老化等情况, 无法保证其强度;在布置此设施时需要增加横梁, 增加了设计和施工的难度。
2 受力计算实例分析
2.1 基本参数
某矿立井采用双层罐笼配平衡锤摩擦式提升, 其中罐笼自重Qg=13 090 kg, 首 (尾) 绳重Qs=6 614 kg, 最大载重Qz=11 000 kg, 摩擦系数u=0.25, 围包角α=186°, 提升速度v=7.92 m/s。
2.2 托罐装置的计算
(1) 提升系统的最大终端载荷为:
(2) 根据2009年1月11号国家安监局会议要求, 防坠托罐装置的托罐力为最大终端载荷的5倍。则防坠托罐力为:
每个容器用4台托罐装置, 则每台托罐装置不得小于377 k N。
2.3 防过卷制动力计算
因井底装备防过放缓冲装置, 防过卷减速度小于1g时制动力依据欧拉公式有:
式中, e为自然对数, euα查表可得;Fs为首绳变位质量。
防过卷制动力不大于146 k N, 每个容器用4台可变力缓冲, 故每台缓冲器制动力不大于36.5 k N。
按减速度a=1g、最小缓冲距离, 考虑到缓冲的平稳性及与楔形罐道的迭加效果, 可现场适当降低减速度。
2.4 防过放制动力计算
重罐下放, 最小缓冲减速度为0.8g时, 制动力为:
缓冲装置的制动力为425 k N, 每个容器用4台防过放缓冲器, 则每台缓冲器缓冲制动力为106 k N。
按减速度a=0.8g、最小缓冲距离, 考虑到缓冲的平稳性及与楔形罐道的迭加效果, 可现场适当降低减速度。
3 结语
摩擦式过卷装置在国内煤矿和部分金属矿山的应用已经取得了非常好的效果, 其在安全可靠性以及维护、恢复上都优于楔形罐道。在《煤矿安全规程》中关于过卷保护装置的规定早已调整为“在过卷高度或过放距离内, 应安设性能可靠的缓冲装置”, 并可以不设置楔形罐道。但在金属矿山的规程、规范中, 关于过卷 (过放) 保护装置的相关条文目前仍规定需安装楔形罐道, 虽然部分金属矿山增加安装了摩擦式立井提升防过卷 (过放) 缓冲托罐装置, 但也无法解决准确设定阻力和不破坏提升容器的问题, 这就对摩擦式立井提升防过卷 (过放) 缓冲托罐装置的设计使用产生了制约作用。展望今后我国金属矿山规程、规范的修编工作, 应能作出相应调整, 和煤炭规范同步, 促进金属矿井提升设计选用先进合理的过卷保护装置。
参考文献
[1]国家安全生产监督管理总局, 国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[S].北京:煤炭工业出版社, 2011.
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