影响压缩机有效打气量的因素
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影响压缩机有效打气量的因素
影响压缩机有效打气量的因素浅析
氮氢气压缩机是化肥生产中必不可少的关键设备之一。
在合成氨的生产过程中,原料气的净化和氨的合成必须在一定的压力下才能进行。
所以需要用压缩机将原料气逐级压缩至各部分生产需要的压力(如0.8MPa 变换、碳化,2.7MPa 脱碳,12MPa 原料气精制、32MPa 氨合成等) ,可以说压缩机是化工生产的心脏。
氮氢气压缩机型式多种多样,有速度式压缩机,也有容积式压缩机,速度型压缩机是靠气体在高速旋转叶轮的作用下,得到巨大的动能,然后在扩压器中急剧减速,使气体的动能转变为压力能;容积型压缩机则是靠在气缸内作往复或回转运动的活塞,使压缩机气缸中的气体体积缩小,单位体积内气体分子的密度增加而提高气体压力,中小型合成氨厂大多数使用的是容积式压缩机。
氮氢气压缩机的选型必须根据工艺流程、生产能力的大小进行,其配置是否合理直接影响到生产效率和动力消耗,然而有一些化肥厂压缩机的选型和配置是合理的,但是其实际生产能力与压缩机铭牌打气量相差甚远,原因何在?通过对近十家小型氮肥厂生产的总结,结论如下:
一. 影响压缩机有效打气量的原因:
1. 压缩机一段入口压力较低;
2. 压缩机一段入口气体温度较高;
3. 压缩机一段入口半水煤气气体成分较差;
4. 余隙容积调整是否合理;
5. 压缩机泄漏较严重;
6. 压缩机配管设置对功耗的影响。
7. 压缩机有效运行时间的影响。
二. 原因的分析及解决办法
1. 压缩机一段入口气体压力较低
脱硫工段选用的罗茨鼓风机升压偏低、脱硫系统阻力较大、压缩机的一段入口设置焦碳油过滤器等,为此,有条件时更换脱硫工段罗茨鼓风机,在半水煤气进罗茨鼓风机前设置电除油器,提前清除气体中的焦油和灰尘,重点解决脱硫系统的阻力问题,保证压缩机的一段入口压力。
这样既可节省大量动力消耗,又能提高压缩机的效率。
2. 压缩机一段入口气体温度较高
压缩机一段气体入口温度较高,有的厂达到40℃,其原因是脱硫工段至压缩工段距离较远,没有采取防晒降温措施,特别是夏天,管道在烈日下暴晒,气体温度高,密度减小,重量流量就减少,饱和水蒸汽含量也愈多,则压缩机吸入有效气体量就减少,如果在脱硫
至压缩工段外管上采取降温措施,或者压缩工段入口总管前加一台高效冷却器,将气体温
度降至常温,即可提高压缩机的有效打气量。
3. 压缩机一段入口半水煤气气体成分合格率较低
根据某厂岗位操作记录表分析的半水煤气成分:O 2:0.4~0.5%; CO 2: 9.5~10%;CO: 21~23%;H 2:45%; N 2:18~20%;气体中 CO 2含量较高,CO 含量较低,(CO+H 2)/N2=3.7~3.4较高,有效气体成分较低,造成整个系统的能量消耗大。
这是造气工段
生产控制不严而造成的无用功消耗,应根据合成工段(CO+H 2)/N2=2.8的要求,合理调
整生产指标。
4. 余隙容积的要求
压缩机各级缸内应合理留有气缸的余隙,使活塞和缸盖不会发生撞击,气缸内残留气
体和部分水蒸汽冷凝水有缓冲余地,但不宜留得过大,否则会减少气缸有效容积从而降低
压缩机生产能力。
其控制的量为直径较大的缸V 余/V塞=3~8%,缸直径较小的V 余/V
塞=5~12%,
大修时应检查各段缸的余隙容积是否合理。
5. 压缩机的泄漏
活塞环和缸壁密封不平和吸排气阀的泄漏,都会导致压缩机内泄漏。
气缸填料和活塞
杆密封不严,导致气体向外泄漏,这样都会降低压缩生产能力,而且污染环境,影响安全
生产。
6. 压缩机管道设计对功耗的影响
在生产吸排气过程中,气体是由管道,弯头、阀门、级间冷却器、分离器连接的,它
们都会引起压力的损失,特别是弯头和阀门,局部阻力很大,据测定由于阀门外压力损失,使功率增加4~8%,管道部分压力损失,使功率增大2~4%。
所以工艺管道不能以气体
通过为准则,应该合理科学配置管道,尽量减少弯头,不随便设置阀门,如管道配置不合理、不科学,不仅增加压缩机功率消耗,影响打气量,造成压缩机恶性振动,影响压缩机
寿命。
还会使操作环境恶化。
三. 压缩机的操作要点(以4M20-75/320型压缩机为例)
1. 压力调节
压缩机在正常运转中,前一级气缸压出的气体量与后一级气缸吸入的气量是相等的,
因而各级压力就比较平稳,此时一级气缸的吸气量就决定了整个压缩机的输气量。
一级进
口压力应保持一定的正压,以防抽空而发生事故。
五级出口压力与精炼操作情况有关,精
炼系统操作温度变化较大时也会影响六级吸入气体温度变化,从而引起六级打气量和五级
出口压力的变化。
当原料气中CO 2及NH 3含量较高时,五级出口到铜洗塔进口管道被碳
铵结晶堵塞,使五级出口阻力增大,压力升高。
六级入口压力降低,则两级压差扩大。
发
现这种情况,通常是关小五级冷却器的冷却水量,提高进铜塔的气体温度,或用蒸汽加热
管道外壁消除结晶。
六级出口压力决定合成系统的操作条件,当合成塔触媒活性好时,氨合成反应好,合
成系统压力降低,补入新鲜气压力也低,反之则高,六级出口气体压力高低,会影响各级
出口压力的相应变动,这主要是存在余隙容积的缘故,当五级压力升高则六级压缩比增大,容积效率降低,六级有效吸气量减少,使五级出口气体不能完全被六级气缸吸入,五级出
口压力升高,依此类推,造成各级出口压力上升,反之就下降。
二段、三段出口气体压力受变换、脱碳操作情况的影响。
操作时各段气体压力不得超
过压缩机各级的设计压力,否则会造成各级压缩
比失调,活塞力不平衡,机器振动,易损坏压缩机部件,甚至会发生能使气缸破裂爆
炸严重事故。
在压力调节中,由于压缩机本身故障,如活门泄漏或被杂物堵塞,各安全阀和排油水
阀泄漏,活塞环及填料的漏气等,也会引起压力波动,在操作上为控制各段压力不超过指标,通常可用各级回路来控制各级压力。
2. 温度控制
压缩机各级进出口气体温度及各运转部件的温度是否正常是反映压缩机运转状况好坏
的重要标志,各级出口气体的温度与压缩比成正比,压缩比大,出口气体温度高。
气缸夹
套冷却水量少或冷却效果差以及气缸内摩擦加剧也会引起出口气体温度升高。
进口气体温度取决于冷却器的冷却效果及有关工段的影响。
精炼气带液会使六级入口
气温度下降,所以温度的控制要经常注意气缸、冷却器的水量和水温情况,及时清除水垢,以保证冷却效果。
操作中力求稳定各段压力和保持机器的良好润滑。
3. 润滑系统的检查和调节
(1) 气缸润滑系统,应保持油器箱内有足够的油位,观察滴油速度是否均匀,滴油量
应达到要求,随气温的变化相应增减滴油速度。
经常用手检测气缸进口管的温度以判断
油管的堵塞和倒气,堵塞现象一般是润滑油脏引起。
倒气现象是单向止逆阀失灵所引起的。
(2) 运动机构润滑系统:保持曲轴箱内油位在液位计的1/2~1/3之间,保证油质,
经常注意油泵出口油压,使它保持在0.15~
0.2MPa(1.5~2kg/cm2) 范围内。
如油泵出口压力下降,可适当关小回油阀。
4. 输气量的调节
(1) 近路调节:压缩机每段出口管上都设置一个回气近路阀,用以调节输气量,气体
可通过近路阀返回一级吸入管道中,达到调节输气量的要求。
利用这种调节方法的缺点是
使多余气体的压缩功白白浪费了,为此,操作中常用一回一近路来调节输气量。
避免以后
各级的压缩节省调节输气量的功率消耗。
一回一近路不能作大幅度的调节,否
则将破坏压缩机各级压力和温度的平衡,因此,最理想的是设置高压回高压(三级入口) ,低压回低压(一回一、二回一) 的回路。
(2) 余隙调节:压缩机的一段气缸阀门上装有利用气体动压来进行气量调节的弹簧调
节装置,即余隙调节阀。
该阀可以根据需要进行手动调节,这种调节方法与近路调节相比,优点是能够节省动力消耗,一段余隙调节不能开得过大否则会影响其他各段压力。
5. 压缩机运转情况检查
压缩机运行时发出的声音应当是均匀而有节奏的,除了用仪表来测知压缩机各操作条
件的变化外,还可用看、听和摸的方法来检查它的运转情况,看、听、摸的判断方法不是
孤立的,它们之间有紧密联系,可互相证实,例如,进口阀门漏气时,前一段压力就会升高,而出口压力就会降低(看) ,阀门会发生漏气声(听) ,阀门盖的温度会升高(摸) ,
在实际操作中注意积累经验,灵活应用“看”“听”“摸”的判断方法,就能准确及时地
判断出各种不正常现象的原因,及时消除故障。
6. 电机的检查
在检查电动机运行情况时,首先检查电机的负荷,电流大小不能超过电机额定电流,
如果电机在运行时,电流过高,应立即减压缩负荷(稍开一回一近路阀) ,然后检查负荷
增加的原因,并予以处理。
7. 各级的排油水操作
各级的油水应该定期排放,至少每小时排放1~2次,如排油不及时,不但影响各级
压力而且油水带入气缸会使气缸润滑不良,甚至使气缸遭到损坏。
排油水时,要谨慎操作,以免影响各级压力波动。
四. 压缩工段工艺流程简介(以4M20-75/320型压缩机为例)脱硫工段来的半水煤
气以常温、0.03MPa 进入压缩工段,经过缓冲分离器缓冲并分离掉水分后,由总管分配到
各台压缩机一段入口,气体经一段加压至0.232MPa 左右,温度在149℃进入一段冷却器,冷至常温再经油水分离器分离油水后,直接进入压缩机二级气缸加压至
0.8MPa(表) ,温度为151℃左右,经二级冷却器将气体冷却至常温,再经油水分离器,分离油水后的气体去变换工段,变换后气体返回压缩机三段入口(二出至三入压差
五. 压缩机计算实列(以4M20-75/320型压缩机为例)
根据某化肥厂当地气压条件,进行压缩机生产能力核算:
已知条件:
压缩机主要技术参数:
排气量(吸入状态):75m 3/min
一级吸入压力:0.023MPa (表)
一级吸入温度:35℃
六级排出压力:31.4MPa
轴功率:1234kW
当地大气压:100.5kPa
标准大气压:101.33kPa
35℃时气体中饱和水蒸汽压力:5.733kPa
计算公式:
Q=(Ve /V0) x 273/(273+t1) x (P0+P1-P p )/101.33
Q------- 每小时产氨量,t/h ;
V 0-------每吨氨所需要的半水煤气,按3300m 3(标)/tNH3计; V e -------排
气量(吸入状态),m 3/h;
t 1------ 压缩机一级吸入温度,℃;
P 0------ 当地大气压,kPa ;
P 1------ 压缩机一段入口压力,kPa (表);
P p -------原料气中水蒸气分压,kPa 。
1. 按压缩机铭牌进行产量计算:
Q=(75x60/3300) x 273/(273+35) x (100.5+23-5.733)/101.33
=1.405 t/h
2. 根据该化肥厂压缩机一段入口实际数据,进行压缩机生产能力核算:
一段入口压力:20kPa (表)
一段入口气体温度:40℃
40℃气体中饱和水蒸汽压力:7.52kPa
Q=(75x60/3300) x 273/(273+40) x (100.5+20-7.52)/101.33
=1.327 t/h
通过以上计算可以看出,压缩机一段进口有关参数与压缩机铭牌参数相符合,是保证压缩机有效打气量的重要因素之一。