尿素装置二氧化碳压缩机组介绍及离心压缩机一般调节

1、尿素二氧化碳压缩尿素二氧化碳压缩机组介绍机组介绍刘 永化肥事业部尿素厂2013年3月29日离心压缩机 压缩机是一种用于压缩气体以提高气体压力或输送气体的机器，广泛应用于化工企业各部门。压缩机种类繁多，尽管用途可能一样，但其结构型式和工作原理都可能有很大的不同。气体的压力取决于单位时间内气体分子撞击单位面积的次数与强烈程度。离心压缩机 基本工作原理： 容积式压缩机是通过增加单位容积内气体分子数目的方法来提高气体压力。像活塞式、滑片式、罗茨式、螺杆式等 而离心式压缩机是利用惯性的方法，通过气流的不断加速、减速，因惯性而彼此挤压，缩短分子间的距离，来提高气体的压力。 化肥装置二氧化碳压缩机属于离心压

2、缩机二氧化碳压缩机组 尿素装置二氧化碳压缩机组是由意大利新比隆公司设计制造的。离心压缩机采用两缸四段，高、低压缸之间设增速箱，驱动机采用抽汽、注汽、冷凝式蒸汽透平。 合成装置来的二氧化碳气经二氧化碳压缩机加压至15.7MPa（A），送往尿素合成塔参与尿素合成反应。二氧化碳压缩机组 驱动机 抽汽、注汽、凝汽式汽轮机 联轴器 刚性联轴器(套筒联轴器） 增速箱 斜齿增速齿轮，增速比：1.94 高压缸密封为迷宫密封加干气密封离心式压缩机的技术参数 离心式压缩机的主要参数是流量、压缩比、有效功率、轴功率、转速、效率。 1）流量 指单位时间内流经压缩机流道任一截面的气体量，通常以体积流量和质量流量两种方法

3、来表示。体积流量是指单位内流经压缩机流道任一截面的气体体积，其单位为m3/s。因气体的体积随温度和压力的变化而变化，当流量以体积流量表示时，须注明温度和压力。质量流量是指单位时间内流经压缩机流道任一截面的气体质量，其单位为kg/s。离心压缩机 2）压缩比 指压缩机的排出压力和吸入压力之比，有时也称压比。计算压比时排出压力和吸入压力都要用绝对压力。 3）转速 指压缩机转子旋转的速度，其单位是r/min。 4）有效功率 在气体的压缩过程中，叶轮对气体所做的功，绝大部分转变气体的能量，另有一部分能量损失，该损失基本上包括流动损失、轮阻损失和漏气损失三部份， 我们将压缩气体的能量与叶轮对气体所作的功的

4、比值称为有效功率。 5）轴功率 离心式压缩机的转子在气体升压过程中产生的流动损失功率、轮阻损失功率和漏气损失功率外，其本身也产生机械损失，即轴承的摩擦损失，这部分功率消耗占总功率的2%3%。如果有齿轮传动、则传动功率消耗同样存在，约占功率的2%3%。以上功率消消耗都是在转子对气体作功过程中产生的，它们的总和即为离心式压缩机的轴功率，轴功率是选择驱动机功率的依据。离心压缩机 6）效率 指压缩机输出气体的有效功率与轴功率的比值，主要用来说明传递给气体的机械能的利用程度。汽轮机参数主蒸汽压力（MPa）5.24主蒸汽温度（）422抽汽压力（MPa）2.3抽汽温度（）325注汽压力（MPa）0.44注汽

5、温度（）147排汽压力（MPa）0.012排汽温度（）49主蒸汽量（T/H）65抽汽量（T/H）52.93注汽量（T/H）19.56汽轮机额定功率（KW）8500正常转速（r/min）6510第一临界转速（r/min）4040脱扣转速（r/min）7587二氧化碳压缩机2MCL6072BCL306/a一入一出二入二出三入三出四入四出压力（MPa）0.1370.5160.4892.1032.0498.38.215.7温度（）40172421984219950114转速（r/min）正常：6510额定：6570临界转速低压缸：3120高压缸：8160功率（KW）正常：7400额定：8100增速比1

6、.943流量（Nm3/h)28400离心压缩机的特点1结构简单，易损零件少，运转可靠。一般能连续 运行2年以上，因此不需要备用机。2转速高、生产能力大，体积小。投资减少，操作人员减少。3供气均匀有利稳定生产；气体不必与油相接触，正常情况下气体不带油，有利于化学反应。4由于离心式压缩机多采用蒸汽轮机驱动，有利于合理使用工厂余热，降低能源消耗。 5 5单级压力比不高单级压力比不高。目前排气压力需在。目前排气压力需在500500 10105 5PaPa以上时，只能使用活塞压缩机。以上时，只能使用活塞压缩机。6 6效率稍低效率稍低。由于离心压缩机中气流速度。由于离心压缩机中气流速度较大，造成能量损失较

7、大，故效率较活塞压缩较大，造成能量损失较大，故效率较活塞压缩机稍低。机稍低。7 7由于离心压缩机转速高、功率大、无备由于离心压缩机转速高、功率大、无备机机，因此一旦发生事故，后果是严重的，需有，因此一旦发生事故，后果是严重的，需有一系列紧急安全保障设施。一系列紧急安全保障设施。 离心压缩机的特点速关阀 速关阀又称为主汽门，它是主蒸汽管路与汽轮机之间的速关阀又称为主汽门，它是主蒸汽管路与汽轮机之间的主要关闭机构，在紧急状态时能立即切断汽轮机进汽，使机组快速停机。主要关闭机构，在紧急状态时能立即切断汽轮机进汽，使机组快速停机。1.1.阀碟阀碟; 2.; 2.卸载阀卸载阀; 3.; 3.蒸汽滤网蒸汽

8、滤网; 4.; 4.导向及汽封套筒导向及汽封套筒; 5.; 5.阀盖阀盖; 6.; 6.螺栓螺栓; 7.; 7.弓弓形环形环; 8.; 8.压环压环; 9.; 9.阀杆阀杆; 10.; 10.隔热板隔热板; 11.; 11.油杯油杯; 2.; 2.活塞杆活塞杆;13.;13.支座支座; 14.; 14.压力表接口压力表接口; ; 15.15.试验活塞试验活塞 16.16.活塞活塞; 17.; 17.弹簧弹簧; 18.; 18.弹簧座弹簧座; 19.; 19.活塞盘活塞盘; 20.; 20.联轴节联轴节; 21.; 21.密封环密封环; ; 22.22.阀俯。阀俯。 D-D-新蒸汽；新蒸汽；E-

9、E-速关油；速关油；F-F-开车油；开车油；H-H-试验油；试验油；K-K-漏汽；漏汽；T T1-1-回油；回油；T2-T2-漏油漏油 危急遮断油门危急遮断油门机械机械- -液液压式危急遮断压式危急遮断油门是汽轮机油门是汽轮机的保护装置之的保护装置之一，当汽轮机一，当汽轮机在运行过程中在运行过程中出现故障时，出现故障时，危急遮断油门危急遮断油门泄放速关油引泄放速关油引发速关阀和调发速关阀和调节汽阀快速关节汽阀快速关闭而迫使机组闭而迫使机组紧急停车。紧急停车。 1.1.手柄手柄 2.2.滑阀凸肩滑阀凸肩 3.3.滑阀滑阀 4.4.活塞活塞 5.5.套筒套筒 6.6.壳体壳体 7.7.弹簧弹簧 8

10、.8.滑阀凸肩滑阀凸肩 9.9.滑阀凸肩滑阀凸肩 10.10.套筒套筒 11.11.节流孔板节流孔板 12.12.销销 13.13.销轴销轴 14.14.挂钩挂钩 P-P-压力油压力油 E-E-速关油速关油 H-H-试验油或复位试验油或复位油油 T-T-回油回油危急保安器1、2凹头螺钉3丝堵4螺纹盖5导向环6离心飞锤7调节螺钉8后缩弹簧9紧配螺栓卡膜调压器是一种气、力平衡装置，它能保证放大机构产生的二次油压与调节风压信号成一定比例关系，增大或减少调节器风压，可以使放大器连杆改变位置，从而改变二次油压，最中实现调节抽汽和注汽的过程。Askania调压器是个喷射型信号放大器主要元件：检测系统（波纹

11、管、杠杆、拉簧）；控制系统（控制弹簧、喷管、压力分布器、控制油管）；执行系统（油动机组件）；反馈系统（螺母、连杆、反馈弹簧）。调压器汽轮机转子汽轮机转子1.危急保安器危急保安器2.主推力盘主推力盘3.付推力盘付推力盘4.前轴承轴颈前轴承轴颈5.前汽封前汽封6.平衡活塞汽封平衡活塞汽封7.调节级调节级8.压力级压力级9.中间汽封中间汽封10.低压级低压级11.后汽封后汽封12.后轴承颈后轴承颈13.盘车棘轮盘车棘轮14.油涡轮动轮油涡轮动轮15.联轴器轴段联轴器轴段16.主平衡面主平衡面17.辅助平衡面辅助平衡面汽轮机 本气轮机的调节系统为半液压式，主要有PGPL调速器、压力变送器、滑阀或错油门

12、、油动机、调压器、调节阀及反馈机构等组成。调速范围为额定转速的80%105%，即5256rpm6898rpm。 油动机油动机 油动油动机是调节机是调节汽阀的执汽阀的执行机构，行机构，它将由放它将由放大器或电大器或电液转换器液转换器输入的二输入的二次油信号次油信号转换为有转换为有足够做功足够做功能力的行能力的行程输出以程输出以操纵调节操纵调节阀。阀。 1.1.拉杆拉杆 2.2.调节螺栓调节螺栓 3.3.反馈滑板反馈滑板 4.4.活塞杆活塞杆 5.5.油缸油缸 6.6.活塞活塞 7.7.连接件连接件 8.8.错油门错油门 9.9.反馈杠杆反馈杠杆 10.10.调节螺栓调节螺栓11.11.调节螺母调

13、节螺母12.12.弯角杠杆弯角杠杆手动盘车装置1带翅螺母2护罩3杠杆4插销板5棘爪6齿凸轮离心式压缩机按结构大致可分为，水平剖分型、筒型、等温型三种。 水平剖分型 气缸被剖分为上、下两部分，一般用于空压机，排气压力限在45MPa。不适合用于高压和含氢多且分子量小的气体压缩。 筒形 也就是垂直剖分型，筒形气缸里装入上、下剖分的隔板和转子，气缸二侧端盖用螺栓紧固。由于气缸是圆筒形的，抗内压能力强，对温度和压力所引起的变形也较均匀。主要用于汽油改质、脱硫等石油精制装置的循环机和其他石油化工用的循环机，使用压力可达45MPa。 等温型 这种压缩机就为了能在较小的动力下对气体进行高效的压缩，把各级叶轮压

14、缩的气体，通过级间冷却器冷却后再导入下一级的一种压缩机。 典型的离心压缩结构如图所示。 离心压缩机低压缸2MCL607型号解释 “2”表示一缸中设置背靠背两段； “M”表示缸体是水平剖分； “CL”表示无叶扩压器； “60” 表示叶轮的公称直径为60cm； “7”表示共有7级叶轮； 压缩机高压缸2BCL306/a解释 “2”表示缸中对置设置两段； “B”表示壳体是垂直剖分； “CL”表示无叶扩压器； “30”表示叶轮公称直径为30cm； “6”表示有六级叶轮； “a”表示压缩机出口压力大于10MPa。水平剖分式筒形等温型压缩机级的典型结构级的典型结构 级是离心压缩机使气体增压的基本单元，有三种

15、型式，即：级是离心压缩机使气体增压的基本单元，有三种型式，即：首级、中间级、末级。首级、中间级、末级。 一台离心式压缩机总是由一级或几级所组成。从级的类型来看，一般可分为中间级和末级两类。中间级是由叶轮、扩压器、弯道、回流器所组成。在离心式压缩机的段中，除了段的最后一级外，其余的级均为中间级。末级是由叶轮、扩压器和蜗壳所组成（有的末级只有叶轮和蜗壳而无扩压器）。离心压缩机压缩机结构1、气缸：是压缩机的壳体，又称为机壳。由壳体和进排气室组成，内装有隔板、密封体、轴承等零部件。对它的主要要求是：有足够的强度以承受气体的压力，法兰结合面应严密，主要由铸钢组成。离心压缩机 水平剖分型 这种气缸壳体是在

16、中心线处剖分为上、下两部份，用锥销定位和螺栓联接。接合面的密封采用涂密封胶或专配密封剂，拧紧联接螺栓。此类结构的气缸进、出气管口一般布置在气缸壳体的下半部（简称缸体），检修时揭去气缸壳体上半部（简称缸盖），便可拆装和检修内件。缸体上装有两个导柱，作为装卸缸盖时引导用，以免缸盖隔板同转子相碰。离心压缩机 垂直剖分型 （又称筒型），气缸壳体是个整体圆筒，两端或一端设有端盖封头，用高压螺栓与筒体紧固，或用剪力环定位。端盖封头与圆筒机壳密封，常采用“O”形环和背环密封，绕型垫密封或其它型式的密封。“O”形环的材料可根据介质性质、温度和压力的不同，选用硅橡胶或氟塑料等材料做成。圆筒式壳体的轴承架有与端盖

17、封头铸成一体的，也有的用螺钉将轴承架与端盖封头联接固压缩机结构 2、隔板隔板：隔板安装在气缸壳体内，与气缸壳体或内机壳组成压缩机的气道，即形成扩压器、弯道及回流器等。隔板一般采用铸铁件，经时效热处理后加工而成。隔板均为水平剖分，以便拆卸装配。 扩压器 扩压器的种类一般可分为无叶扩压器、叶片扩压器和直叶壁形扩压器。图5一2为无叶扩压器，由二个隔板平行壁构成的等宽度环形通道。这种扩压器结构最简单，造价最低，工作范围大，一般离心式压缩机都采用这种结构型式的扩压器弯道及回流器 为了把扩压后的气体引导到下一级叶轮去继续进行增压，需要在扩压器之后设置弯道和回流器，如图53所示。弯道是连接扩压器与回流器的一

18、个圆弧形通道，弯道内一般不设置叶片，气流在弯道内转180。以后进入回流器。回流器气道中装有反向导叶流片，叶片中心线和叶轮叶片一样，也是圆弧形的，或一段圆弧和出口处一段直线相结合。叶片形状有等厚度和变厚度两种，叶片一般为1218片。压缩机结构压缩机密封3、气封：密封段与段，级与级之间的静密封。防止机器内部通流部分各空腔之间泄漏的密封称内部密封。内部密封如轮盖、定距套和平衡盘上的密封，一般做成迷宫型。a)镶嵌曲折型密封 b)整体平滑型密封 c)台阶型密封 防止或减少气体由机器向外部泄漏或由外部向机器内部泄漏（在机器内部气体压力低于外部气压时）的密封，称外部密封或称轴端密封 对于外部密封来说，如果压

19、缩的气体有毒或易燃易爆，如氨气、甲烷、丙烷、石油气、氢气等氨气、甲烷、丙烷、石油气、氢气等，不允许漏至机外，必须采用液体密封、机械接触式密封、抽气密封或充气密封等；当压缩的气体无毒，如空气、氮气等，允许少量气体泄漏，也可以采用迷宫型密封。化工厂的压缩机中，常采用的密封有迷宫型、浮环油膜密封、机械接触式密封和干气密封干气密封四种。浮环密封主要是高压油在浮环与轴套之间形成油膜而产生节流降压阻止机内与机外的气体相通。由于是油膜起主要作用，所以又称为油膜密封。整个机械密封由一套双端面主机械密封和一套单端面辅助机械密封组成，如图3353所示。CRANE28型螺旋槽气体密封结构 螺旋槽的型式如下图所示 压

20、缩机结构 4、轴承：离心压缩机上的轴承分径向轴承和止推轴承两种。 径向轴承的作用是承受转子重量和其他附加径向力，保持转子转动中心和气缸中心一致，并且在一定转速下正常旋转。 图8 五油锲倾斜块式径向轴承 1瓦块 2.上轴承套3.螺栓4.圆柱销5.下轴承套 6定位螺钉 7.进油节流圈 压缩机结构止推轴承的作用是承受转子的轴向力，限制转子的轴向转动，保持转子在气缸中的轴向位置。其可分为米契尔轴承和金斯伯雷轴承。 金斯伯雷止推轴承1.底环 2.上水准块 3.下水准块 4.止推瓦块压缩机结构1、主轴 压缩机的关键部件，他是主要起到装配叶轮、平衡盘、推力盘的作用，是转子部分的中心部位压缩机结构2、叶轮 叶

21、轮又称工作轮，是压缩机的最主要的部件。叶轮随主轴高速旋转，对气体做功。气体在叶轮叶片的作用下，跟着叶轮作高速旋转，受旋转离心力的作用以及叶轮里的 扩压流动，在流出叶轮时，气体的压强、速度和温度都得到提高。 按结构型式叶轮分为开式、半开式、闭式三种，在大多数情况下，后二种叶轮在压缩机中得到广泛的应用。离心压缩机结构 叶轮组成及种类：叶轮组成及种类： 按叶轮结构型式按叶轮结构型式 闭式叶轮闭式叶轮：性能好、效率高；由于轮盖的：性能好、效率高；由于轮盖的影响，叶轮圆周速度受到限制。影响，叶轮圆周速度受到限制。 半开式叶轮半开式叶轮：效率较低，强度较高。：效率较低，强度较高。 双面进气叶轮双面进气叶轮

22、：适用于大流量，且轴向力：适用于大流量，且轴向力平衡好。平衡好。 压缩机结构3、平衡盘 平衡盘又名卸荷盘，压缩机的平衡盘一般装载汽缸末级的后面，他的一侧受末级的气体压力，另一侧受常与机器的吸气室相通，平衡盘的外圆上一般都有迷宫密封装置使盘两侧维持压差。4、推力盘 推力盘主要承受推力轴承的轴向力，由光洁度很高的不锈钢板材经线切割制造而成。其两侧分别为推力轴承的正副止推块。推力盘有的设置在压缩机的高压端，有的设置在机组的压缩机的两段之间离心式压缩机的喘振和临界流离心式压缩机的喘振和临界流速速 1、喘振、喘振 任何离心压缩机按其结构尺寸，任何离心压缩机按其结构尺寸，在某一固定的转速下，都有一个最高在

23、某一固定的转速下，都有一个最高的工作压力，在此压力下有一个相应的工作压力，在此压力下有一个相应的最低的流量。当离心压缩机出口的的最低的流量。当离心压缩机出口的压力高于此数值时，就会产生喘振。压力高于此数值时，就会产生喘振。离心压缩机离心压缩机给定压力下，流量小于最小喘振流量给定流量下，压力大于最高喘振压力喘振发生的条件：喘振发生的条件： 离心压缩机离心压缩机发生喘振时，机组开始强烈振动，伴随发生异常的吼叫声，而且是周期性地发生；机壳相连接的出口管线也随之发生较大的振动进口管线上的压力表指针大幅度摆动；出口止回阀处发生周期性的开和关的撞击声响主电动机的电流表指针大幅度的摆动；在操作仪表上，流量表

24、等也发生大幅度的摆动喘振发生的现象：喘振发生的现象：离心压缩机离心压缩机喘振对压缩机的迷宫密封损坏较大，由于密封的损坏，将使润滑油窜入流道，影响冷却器和冷凝器的效率。严重的喘振很容易造成转子轴向窜动，烧坏止推轴瓦，叶轮有可能被打碎。极严重时，可使压缩机遭到破坏，会损伤齿轮箱、压缩机的管线和设备等。喘振发生的危害喘振发生的危害：离心压缩机的喘振离心压缩机的喘振 1. 1. 防止进气压力低、进气温度高和气体分子量减小防止进气压力低、进气温度高和气体分子量减小等；等； 2. 2. 防止管网堵塞使管网特性改变；防止管网堵塞使管网特性改变； 3.3.要坚持在开、停车过程中，升、降速度不可太快，要坚持在开

25、、停车过程中，升、降速度不可太快，并且先升速后升压和先降压后降速；并且先升速后升压和先降压后降速； 4. 4. 开、关防喘振阀时要平稳缓慢。关防喘振阀时要开、关防喘振阀时要平稳缓慢。关防喘振阀时要先低压后高压，开防喘振阀时要先高压后低压。先低压后高压，开防喘振阀时要先高压后低压。离心压缩机的喘振离心压缩机的喘振 如万一出现如万一出现“旋转失速旋转失速”和和“喘振喘振”，首先应立，首先应立即全部打开防喘振阀，增加压缩机流量，然后根据情即全部打开防喘振阀，增加压缩机流量，然后根据情况进行处理。若是因进气压力低、进气温度高和气体况进行处理。若是因进气压力低、进气温度高和气体分子量减小等原因造成的，要

26、采取相应措施使进气气分子量减小等原因造成的，要采取相应措施使进气气体参数符合设计要求；如是管网堵塞等原因，就要使体参数符合设计要求；如是管网堵塞等原因，就要使管网畅通，使管网特性优化；如是操作不当引起的，管网畅通，使管网特性优化；如是操作不当引起的，就要严格规范操作。就要严格规范操作。离心压缩机的喘振离心压缩机的喘振“喘振”现象产生的原因图1 离心式压缩机特性曲线图2 喘振现象示意图（1）固定极限流量法）固定极限流量法 对于工作在一定转速下的离心式压缩机，都有一个进入喘振区的极限流量QB，为了安全起见，选定压缩机吸入流量的最小值QP，且有QPQB。 图3 防喘振旁路控制图4 防喘振曲线 图4上

27、的喘振极限线是对应于不同转速时的压缩机特性曲线的最高点的连线。只要压缩机的工作点在喘振极限线的右侧，就可以避免喘振发生。 防喘振安全操作线近似为抛物线，其方程可用下列近似公式表示 12112TbQapp在12112TbQapp时，工况是安全的。经过换算，上述不等式可写成如下形式1221appbkrpp进口管路流量孔板前后压差a、b与压比、温度、孔板流量计的孔板系数有关的参数，通过热工计算和实验取得。K气体绝热指数图5 变极限流量防喘振控制方案 该方案控制器FC的给定值是经过运算得到的，因此能根据压缩机负荷变化的情况随时调整入口流量的给定值，而且由于这种方案将运算部分放在闭合回路之外，因此可像单

28、回路流量控制系统那样整定控制器参数。变极限流量控制防喘振控制 在实际应用中压缩机的喘振线是由厂家提供的，在做防喘振调节器时，常加入一定的安全裕度后作为防喘振控制器的喘振控制线。当防喘振控制器的测量值大于设定值时，防喘振阀始终处关闭状态；当测量值小于设定值时，控制器开启防喘振阀到一定开度，防止压缩机喘振发生，确保机组安全。评 价 固定极限流量防喘振控制结构简单、运行安全可靠、投资费用较少。不适用于转速不恒定的的压缩机；当转速很低时，流量的裕度大，能量浪费很大。 可变极限流量防喘振控制适用于工作转速经常变化的压缩机。 临界转速 水平放置的轴都存在一定的临界转速，它是轴本身的一种特性。当轴还没有旋转

29、时，由于重力的作用，轴向下弯曲（虽然弯曲量很小）。弯曲转动过来后，仍然是弯曲的。由于轴在转动，弯曲也不断出现，表现出来就是振动，称为自振。 离心压缩机离心压缩机 轴本身和轴上安装的零件，由于制造安装的原因，转子的重心和转动中心不可能在同一中心线上重合，由于中心偏差，转动起来就有一个离心力，此离心力使转子发生振动。振动的次数决定于转子的转速，转动一次就振动一次，所以叫强迫振动。离心压缩机离心压缩机 当自振和强迫振动的频率相等时，叫共振。共振时的压缩机转速叫作临界转速。 对一台离心压缩机来说，临界转速不止一个，转速最低的一个叫作第一临界转速。通常临界转速由制造厂确定。在产品样本中，常给出了第一临界转速和第二临界转速，作为运转时的参考。离心压缩机离心压缩机离心压缩机 在第一临界转速以下运转的压缩机，应使工作转速低于临界转速的70%，即： 1.4工作转速临界转速 在第一和第二临界转速之间运转的压缩机称为柔性轴 1.4第一临界转速工作转速0.8第二临界转速 改变转速的调节方法，是几种调节方法中最省功率的办法，但要受驱动机的限制。用燃气轮机或汽轮机作驱动机时，这种调节方法较适宜。 离心式压缩机的流量调节离心式压缩机的流量调节 1 1、改变转速、改变转速 离心压缩机离心压缩机在压缩机