МОДЕРНІЗАЦІЯ ТУРБОКОМПРЕСОРА СИНТЕЗ-ГАЗУ ЦЕХУ ВИРОБНИЦТВА «АММІАК» на підприємстві АТ «MAXAM-CHIRCHIQ» м. Чирчик, Узбекистан

У 70-ті роки минулого століття збудовано 42 підприємства хімічної промисловості з виробництва аміаку та інших мінеральних добрив. У період бурхливого розвитку технології синтезу аміаку в усьому світі (1970 – 1990 рр.), основним постачальником динамічного обладнання була японська компанія Toyo Engineering Corporation (TEC).

У складі технологічного обладнання для великотоннажного виробництва аміаку (1360 т на добу) найбільш конструктивно складним є турбокомпресор синтез-газу, що включає відцентровий компресор, який складається з корпусів низького (КНТ), середнього (КСТ) і високого (КВТ) тиску, та приводну парову конденсаційну турбіну (ПТ).

Як відцентрові компресори ТЕС використовувала вироби фірми Dresser-Clark (США), пізніше Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corporation (Японія) за ліцензією фірми Dresser-Clark, а ПТ – вироби фірми Mitsubishi Heavy Industries (Mechanical Drive). У період 1972 – 1975 рр., за ліцензією фірми Dresser-Clark виробництво компресорів КНТ, КСТ, КВТ було освоєно казанськими підприємствами ЗАТ «НДІтурбокомпресор» і ВАТ «Казанькомпресормаш».

Тривалий термін експлуатації обладнання зумовив зниження ефективності процесів стиснення в турбокомпресорах та отримання енергії в турбінах. Через понад 50 років після розробки проєктів і впровадження турбокомпресорів синтез-газу створено нові конструктивні та технологічні рішення, що дозволяють значно підвищити ефективність обладнання.

У 2000-х роках у міру вичерпання проєктного ресурсу експлуатації турбокомпресорів синтез-газу актуальним стало завдання подовження ресурсу встановлених агрегатів, збільшення міжремонтних термінів шляхом їхньої модернізації для запобігання аварійним ситуаціям та підвищення ефективності виробництв аміаку.

Підвищення ефективності виробництва аміаку шляхом збільшення продуктивності установок призвело до зміни режимів роботи компресорів і суттєвого зростання газодинамічного навантаження на ротори. Застосування технічних рішень без урахування всіх факторів процесу та взаємозв’язку технологічних параметрів викликало зниження надійності роботи турбокомпресорів синтез-газу.

Модернізації компресора синтез-газу, здійснені фірмою Dresser-Clark, були виконані на низці підприємств хімічної галузі з метою збільшення продуктивності з 1360 до 1800 т/добу. У ході модернізації виконувалася заміна ротора і внутрішнього корпусу середнього та високого тиску. Корпус низького тиску модернізації не піддавався. Експлуатація модернізованих компресорних агрегатів на різних підприємствах показала, що корпус низького тиску працює за межами стійкої зони (запасу демпфувальних сил недостатньо для придушення збуджувальних сил) і характеризується високими рівнями вібрації. Величина абсолютної вібрації досягає 12 мм/с. Віброобстеження корпусу показує наявність у спектрі вібрації низькочастотної спектральної складової. Причиною високої вібрації є втрата стійкості обертання ротора. Втрата стійкості відбувається в машинах, робоча швидкість обертання ротора яких дорівнює або перевищує подвоєну першу критичну швидкість, і є наслідком дії на ротор аеродинамічних сил, що зросли у зв’язку зі збільшенням продуктивності, та циркуляційних сил у лабіринтних ущільненнях. Вона супроводжується автоколиваннями ротора на частоті, близькій до першої критичної, тобто на робочому технологічному режимі ротор працює в нестійкій зоні експлуатації. Робота корпусу низького тиску в такому режимі призводить до руйнування штатних підшипників, плаваючих ущільнень, зносу лабіринтних ущільнень проточної частини, що призводить до збільшення перетікань газу між ступенями та зниження ефективності стиснення корпусу.

Прикладом глибокої модернізації компресора синтез-газу великотоннажного виробництва аміаку із забезпеченням високої надійності та ефективності є впровадження комплексу технічних рішень ТОВ «ТРІЗ» ЛТД на АТ «Maxam-Chirchiq» (м. Чирчик, Узбекистан) у 2025 р.

У цеху «Аміак-1» хімкомбінату експлуатувався класичний великотоннажний агрегат виробництва аміаку, побудований за технологією TEC і радянською лінією типу АМ-76. Основою техпроцесу є турбокомпресорний агрегат синтез-газу у складі компресорів типу Dresser-Clark (поз. 401) та приводна парова конденсаційна турбіна (поз. 103-JT) виробництва Mitsubishi Heavy Industries.

Необхідність наростити продуктивність з метою підвищення ефективності виробництва аміаку шляхом зміни характеристик турбокомпресора, а також усунення вищевказаних недоліків привели до співпраці ТОВ «ТРІЗ» ЛТД та АТ «Maxam-Chirchiq» у масштабній модернізації компресорного агрегату (реконструкції проточних частин компресорів поз. 401 та парової турбіни 103JT).

Турбокомпресорний агрегат синтез-газу поз. 401.


У межах програми масштабного збільшення продуктивності цеху «Аміак-1» на підприємстві АТ «Maxam-Chirchiq» фірма ТОВ «ТРІЗ» ЛТД (генпідрядник) спільно з фірмою General Electric (GE) (субпідрядник) реалізувала комплексний проєкт модернізації турбокомпресора.

Фірмою GE здійснено модернізацію проточної частини турбіни із заміною штатних опорного та опорно-упорного підшипників на підшипники ТОВ «ТРІЗ» ЛТД.

Аеродинамічні блоки: для підвищення ефективності та динамічної стійкості виконано повну заміну штатних аеродинамічних блоків КНТ, КСТ, КВТ на модернізовані розробки «ТРІЗ» ЛТД. Геометрія внутрішніх корпусів та робочих коліс роторів розраховувалася під нові параметри газового потоку з оптимумом за продуктивністю аміаку 1750 т/добу.


Модернізована проточна частина компресора низького тиску



Модернізована проточна частина компресора середнього тиску



Модернізована проточна частина компресора високого тиску


Проточна частина парової турбіни: фірмою GE (General Electric) реконструйовано парову турбіну зі встановленням вузлів надійності опорного, опорно-упорного підшипників для повного узгодження її динамічних характеристик із модернізованими компресорами.

Модернізована проточна частина парової турбіни




Підшипники турбіни виробництва ТОВ «ТРІЗ» ЛТД


Опорні підшипники: Штатні опорні підшипники компресорів із п’ятьма колодками були замінені на розроблені ТОВ «ТРІЗ» ЛТД демпферні трисегментні гідродинамічні підшипники з опорою на самогенерованій гідростатичній масляній плівці.




Опорно-упорні підшипники: Штатні опорно-упорні підшипники компресорів замінено на опорно-упорний підшипник із демпфером, що забезпечує подвійний запас осьової несучої здатності відповідно до API та сприяє ефективному гасінню радіальних коливань.




Кінцеві плаваючі ущільнення: Штатні плаваючі ущільнення замінено на ущільнення з високою несучою, демпфувальною та ущільнювальною здатністю.




Лабіринтні ущільнення проточної частини: Штатні лабіринтні ущільнення замінено на антициркуляційні лабіринтно-лункові ущільнення, що придушують циркуляційні сили, які збуджують вібрацію роторів корпусів компресора.


З’єднувальні муфти: Штатні зубчасті муфти КНТ-турбіна, турбіна-КСТ, КСТ-КВТ замінено на пружні з’єднувальні муфти типу МСК, розроблені ТОВ «ТРІЗ» ЛТД.

Муфта МСК-1600 Турбіна-КСТ


Реальний експлуатаційний ефект після проведення модернізації компресорного агрегату
синтез-газу в цеху «Аміак-1» на підприємстві АТ «Maxam-Chirchiq»

Реалізація комплексної програми модернізації турбокомпресорного агрегату вирішила спектр поставлених надскладних інженерних, газодинамічних і технологічних завдань:

1. Інтенсифікація виробництва аміаку:

2. Радикальне підвищення ККД проточної частини компресорів:

3. Економія енергоресурсів:

4. Придушення збуджувальних циркуляційних сил, захист від каталізаторного пилу:

5. Збільшення міжремонтного пробігу:

Підсумки проведеного комплексу заходів із модернізації компресорного агрегату синтез-газу в цеху «Аміак-1» на підприємстві АТ «Maxam-Chirchiq» фірмами ТОВ «ТРІЗ» ЛТД та GE (General Electric)

Динамічні параметри, зафіксовані системою вібромоніторингу на турбокомпресорі синтез-газу поз. 401 після повної модернізації ТОВ «ТРІЗ» ЛТД, наочно демонструють перехід обладнання в якісно інший клас вібраційної надійності.

Досягнуті параметри зміни амплітуди проходження критичних швидкостей у мікронах (мкм) виглядають наступним чином:

Реальний економічний ефект після проведення модернізації компресорного агрегату
синтез-газу в цеху «Аміак-1» на підприємстві АТ «Maxam-Chirchiq»

До модернізації масова витрата насиченої пари 100 атм паровою турбіною 103JT становила 378 т/год, витрата з конденсатора 54 т/год за продуктивності 1378 т/добу за аміаком. Після модернізації масова витрата насиченої пари 100 атм склала 323 т/год, витрата з конденсатора 52 т/год за продуктивності 1478 т/добу за аміаком. Оскільки при цьому було проведено і модернізацію турбіни, яка також дала зниження споживання пари на 16-20 т/год, тому решта економії пари і визначає економічну ефективність модернізації корпусів КНТ, КСТ, КВТ.

Фактичний тепловий та фінансовий ефекти від проведеної модернізації показали значення в рази вищі за параметри агрегату порівняно зі станом до модернізації. Отримані величини наочно демонструють технологічний ефект модернізації — споживання ресурсів падає зі зростанням продуктивності агрегату.

Аналіз балансу пари та продуктивності

Розрахунок економії пари

Реальний фінансовий масштаб економії для АТ «Maxam-Chirchiq»

Економія пари 37 т/год на турбокомпресорному агрегаті поз. 401 — це колосальний прорив у рентабельності виробництва аміаку.

Приблизний розрахунок економії у грошовому еквіваленті:

Модернізація турбокомпресора синтез-газу поз. 401 у цеху «Аміак-1» на підприємстві АТ «Maxam-Chirchiq» з використанням технологій ТОВ «ТРІЗ» ЛТД, включаючи вдосконалені опорні та опорно-упорні вузли, антициркуляційні лабіринтно-лункові ущільнення, оптимізацію газодинамічних параметрів корпусів КНТ, КСТ, КВТ і турбіни, галтування робочих коліс, значно підвищує надійність та ефективність агрегату, дозволяє знизити вібрацію, зменшити енергоспоживання, подовжити міжремонтний цикл обладнання та здатна кардинально підвищити надійність і ефективність великотоннажного виробництва аміаку.

Комплекс фактичних експлуатаційних випробувань, проведених технологічним персоналом АТ «Maxam-Chirchiq» (див. Таблицю), повністю підтверджує техніко-економічний аналіз та високу якість інженерних рішень ТОВ «ТРІЗ» ЛТД і GE.

Параметри роботи турбокомпресора синтез-газу поз. К-401 виробництва аміаку АТ «Максам-Чирчик» до та після проведення капітального ремонту із заміною штатних вузлів і газодинамічних блоків НТ, СТ, ВТ і турбіни на модернізовані під умови експлуатації.

№
з.п.
Параметр Познач. Норма за регламентом До модерн. Після модернізації
0 Дата вимірювань 05.03
2022р.
20.03
2025р.
30.04
2025р.
22.05
2025р.
31.07
2025р.
12.09
2025р.
21.10
2025р.
1 Витрата рідкого аміаку зі збірника 610, т/год; Q-603 57,4 61,5 64,7 63,8 62,6 64,9 63,1
2 Еквівалентне добове навантаження агрегату, т/добу; 1378 1478 1553 1530 1502 1558 1515
3 Частота обертання ротора турбіни, об/хв; S-401/2 н/б 11286 10660 10660 10860 10900 10895 10900 10906
4 Тиск АВС на всмоктуванні 1-ї секції компресора, кгс/см2; PIRCA-417 22-25 22,5 22,3 21,8 22 22 22 22
5 Температура АВС на всмоктуванні 1-ї секції компресора, °С T-405-1 41-45 44 41,5 41,3 44 42 42 40
6 Тиск АВС на нагнітанні 4-ї секції компресора, кгс/см2 PN-4 н/б 320 218 234,46 234 235 240 239 241
7 Температура АВС на нагнітанні 4-ї секції компресора, °С T-409 н/б 140 117 117 114 119,5 115 118 116
8 Тиск АВС на всмоктуванні циркуляційного ступеня, кгс/см2 PC-V н/б 290 200 225 220 229 232 230 226
9 Температура АВС на всмоктуванні циркуляційного ступеня, °С T-405-5 21-45 32 33 28 30 30 29 27
10 Тиск АВС на нагнітанні циркуляційного ступеня, кгс/см2 PC-N н/б 320 221 231 233 235 239 238 240
11 Температура АВС на нагнітанні циркуляційного ступеня, °С T-410 н/б 50 37 40 35 37 37 37 35
12 Перепад тиску на ЦС dP-410 н/б 22 16,4 16,4 16,7 16,4 16,0 16,6 16,2
13 Витрата АВС 1-ї секції компресора, нм3/год* F-401 н/м 180000 184000 187000 193000 194195 197300 199000 197400
14 Витрата АВС 4-ї секції компресора, нм3/год* F-403 н/м 180000 204000 205700 195300 193000 197000 197000 197000
15 Витрата газу циркуляційного ступеня, нм3/год* F-404 н/б 1100000 942000 937000 929000 932000 946000 934000 945000
16 Ступінь відкриття антипомпажних клапанів (АПК), % FCV-7, 63, 67 0 0 0 0 0 0 0
17 Вібропереміщення ротора на ОУП КНТ, mills G-401/1/2 н/б 3,5 н/б 3,5 0,66/0,65 0,4/0,5 0,46/0,5 0,42/0,52 0,45/0,6 0,4/0,6
18 Вібропереміщення ротора на ОП КНТ, mills G-402/1/2 н/б 3,5 н/б 3,5 0,62/0,71 0,51/0,6 0,53/0,6 0,47/0,61 0,53/0,7 0,6/0,53
19 Вібропереміщення ротора на ОП КСТ, mills G-403/1/2 н/б 3,5 н/б 3,5 0,45/0,48 0,45/0,62 0,64/0,6 0,43/062 0,53/0,3 0,4/0,6
20 Вібропереміщення ротора на ОУП КСТ, mills G-404/1/2 н/б 3,5 н/б 3,5 0,46/0,46 0,87/0,42 0,83/0,4 0,84/0,38 0,76/0,5 0,4/0,78
21 Вібропереміщення ротора на ОП КВТ, mills G-405/1/2 н/б 3,5 н/б 3,5 0,75/0,84 0,65/0,4 0,64/0,3 0,62/0,38 0,64/0,3 0,4/0,74
22 Вібропереміщення ротора на ОУП КВТ, mills G-406/1/2 н/б 3,5 н/б 3,5 0,85/0,8 0,61/0,3 0,47/0,3 0,56 0,53 0,3
23 Вібропереміщення ротора на ОП Турбіни, mills G-407/1/2 н/б 3,5 н/б 3,5 0,44/0,97
24 Вібропереміщення ротора на ОУП Турбіни, mills G-408/1/2 н/б 3,5 н/б 3,5 0,95/0,91
25 Тиск пари на вході ЧВТ турбіни, кгс/см2 P-450 95-105 100 102 104 105 105 103 106
26 Температура пари на вході ЧВТ турбіни, °С T-440 470-490 474 490 500 495 500 501 498
27 Тиск пари у відборі турбіни, кгс/см2 P-456 37-40 39,5 38,94 39,4 38,5 39,4 39,6 39,5
28 Температура пари у відборі турбіни, °С T-442 360-380 338 356 367 364 365 380 376
29 Тиск пари на виході з ЧНТ турбіни, mm, hg (мм рт. ст.) P-458 -412-500 – -324 -327 -313 -312 -310 -302
30 Температура пари на виході з ЧНТ турбіни, °С T-1 65-85 99 82 88 84 82 81 75
31 Масова витрата пари на вході в ЧВТ турбіни, т/год F-410 н/б 355 378 323 321 316 314 320 315
33 Витрата конденсату з конденсатора, т/год F-412 н/б 75 54 52 58 61 57 59 67
* – об’ємна витрата газу приведена до умов температури 0 °С та тиску 0,1013 МПа