安庆石化分公司化肥厂30万吨/年合成氨整套装置是上世纪70年代从法国引进的,其二氧化碳离心压缩机由意大利新比隆公司制造。该装置于1978年投产后,已连续运行20多年。由于高低缸性能匹配差,长期以来高压防喘振阀不能完全关闭,导致压缩机喘振故障时有发生,严重威胁装置安全运行。
王尚锦介绍说:“对进口二氧化碳压缩机频繁发生故障,最早我们怀疑是机械原因。但经过8年理论研究和实践摸索,我们找出是气体动力喘振现象导致。又经过5年的反复试验比较,终于取得了成功。”1989年,西安交大首次与安庆石化合作,摸索机器的毛病就花了2年。1991年他们做了8个模型叶轮用于改造压缩机高压缸,但安装到生产装置上,还未运行到工作转速,就由于机器振动被迫停机。后经检查是某单位提供的密封件材质有问题,更换了密封件材质后,装置一次试车成功。但10天后,又因导气过程造成窜轴,导致密封脱壳、轴瓦损坏、转子报废,直接经济损失几十万元。在失败后继续进取,最终取得成功,这就是他们走过的路。
化肥企业不仅需要增产,有时还需要减产。2000年,安庆石化化肥厂提出压缩机出气量由28800Nm3/h降低到22000Nm3/h以下,并且要求不能打开防喘振阀,以降低能耗。历史上,意大利新比隆公司的压缩机出气量最低能达到24000Nm3/h,在22000Nm3/h运行时必须打开防喘振阀。
为了满足企业的需求,课题组又展开了研究。王尚锦发现,解决这个问题的关键因素是压缩机的叶轮出口相对宽度。意大利新比隆公司叶轮出口相对宽度最低为1%,教科书上的指标为2.5%。而课题组的研究突破了这个世界极限值,把叶轮出口相对宽度做到0.8%,称为“宽工况节能型二氧化碳离心压缩机”。
2003年1月,这项技术在安庆石化化肥厂投入工业运行,不仅成功解决了原压缩机防喘振阀长期不能自动开关的难题,还首次在世界上实现了同类型机器21000Nm3/h的小流量工况下,低压缸二回一防喘阀和高压缸四回三防喘阀完全关闭运行的难题。此外,还降低了开停车损失,节能10%。与国外同类型机器相比,节约设备一次性投资3147万元。