化工領域對空氣濕度的要求 氣體壓縮機在石化工業的應用和發展

在聚乙烯生產制造過程中需檢測乙烯原料氣體的濕度,水會使鉑催化劑中毒,只有控制氣體CO2的適當濕度,才能保證生產的順利進行;氯化物如漂白粉的生產過程中需嚴格控制載氣的濕度值,否則其會與水生成廢酸,這就需要到工業除濕機、壓縮機或者其他濕度控制設備。

壓縮氣體的生產過程中,需對氣體進行預干燥處理,以防壓縮過程中過飽和水汽的凝聚;液化氣體前應對氣體進行充分的干燥,以防水汽冷凝引起閥門和部件的堵塞;液體SO2的生產和儲存過程中,如若不對水分進行充分地干燥,SO2與水作用可生成帶有強腐蝕性的亞硫酸和硫酸;天然氣和液化石油氣的輸送和儲存中,氣體中含水量過高時,在低于0℃時凍結,高于0℃時形成凝固水合物;在尼龍和聚酯的聚合過程及其纖維的紡織過程中,濕度控制不好,會降低生產效率和影響產品質量。化工原理中專門有干燥氣體的論述,詳細分析干燥過程特征、干燥方法及其應用,以干燥靜力學為理論基礎,分析濕空氣的狀態參數、物料的含水狀態、自由水分與平衡水分、結合水分與非結合水分等,并討論恒定干燥條件下的干燥速度、干燥曲線與干燥速率曲線、臨界含水量、恒定干燥條件下干燥時間的計算。

煉油生產中常用的壓縮機主要為催化裂化裝置的主風機和富氣壓縮機,催化重整裝置和加氫裝置的循環氫壓縮機和新氫壓縮機,焦化裝置的焦化氣壓縮機等。高壓氫氣壓縮機由于規模和工藝流程不同,并且有硫化氫等介質腐蝕,制造難度大,世界上只有少數幾個國家能夠制造,如美國德來賽—蘭德公司、意大利新比隆公司、德國博爾齊格公司等。氣體壓縮機是對氣體進行壓縮,產生氣體壓縮能的設備。對氣體進行壓縮的目的是輸送氣體或者為化學反應創造必要的條件。氣體壓縮機是石化裝置的關鍵設備,大部分石化裝置都有氣體壓縮機。

一般常用的有離心式壓縮機、往復式壓縮機、螺桿式壓縮機等。大多數壓縮機輸送介質為石油混合氣體、天然氣、氮氣、氫氣、氧氣、氯氣、甲烷、乙烯、丙烯、氨氣、二氧化氮等。鑒于石化生產裝置大多數在高溫、高壓、易燃、易爆、腐蝕、有毒、長周期連續生產條件下,因此要求壓縮機組必須做到整體性能好,效率高,結構緊湊,占地面積小,運轉平穩可靠,無故障運轉時間達到20000h以上,而且可以滿足各種工況的需要。乙烯成套生產裝置中的壓縮機數量最多,如乙烯裂解裝置的裂解氣壓縮機、丙烯壓縮機、乙烯壓縮機;聚乙烯裝置的循環氣壓縮機和乙烯壓縮機;聚丙烯裝置的循環氣壓縮機和丙烯壓縮機;PTA裝置和丙烯腈裝置的工藝空氣壓縮機等。其中乙烯裂解裝置的裂解氣壓縮機、丙烯壓縮機和乙烯壓縮機,俗稱“三機”,能耗占裝置總能耗的20%~40%,因此,降低壓縮機能耗對降低裝置能耗具有重要意義。

現在,國外已采用了高效率三元流動葉輪及與其匹配良好的固定元件,使其壓縮機效率比原來提高5%以上,整機效率高達82%,而且運轉平穩,檢測、報警及聯鎖停車系統控制水平高,可保證裝置3年的運轉周期。高壓聚乙烯裝置中的超高壓壓縮機是石化生產裝置中壓力最高的往復壓縮機,排氣壓力達到350MPa。世界上最大的乙烯裝置用壓縮機供應商當屬德來賽—蘭德公司、新比隆公司、三菱重工、德馬格公司、瑞士蘇爾壽公司等。化肥生產中用的離心壓縮機,主要有工藝空氣壓縮機、合成氣壓縮機、二氧化碳壓縮機、氮氣壓縮機、氨壓縮機;空分空壓裝置的空氣壓縮機、氧氣壓縮機、氮氣壓縮機等。由于合成氨裝置不斷向大型化發展,用戶對壓縮機組的能耗、可靠性、配套水平等技術指標的要求也越來越高。現在,世界上先進的壓縮機制造廠家都在致力于這方面的研究,并取得了很大進展。如在壓縮機氣動性能設計上使用的程序,能適用于幾百個大氣壓,大大提高了計算精度;轉子穩定性研究,已經研制出超二階、三階的高柔性轉子,并已成功應用于產品的設計。另外,國外在壓縮機有關部件成套技術上也有了很大發展,如密封、軸承、調節系統、輔機配套水平、機組自動化控制及故障診斷水平等方面取得了突破性的進展。

離心壓縮機在國內的應用和發展現在離心式壓縮機發趨勢是:容量不斷增大,以滿足石化生產規模不斷擴大的要求;隨著新技術的發展,新型氣體密封、磁力軸承和無潤滑聯軸器的出現,不斷開發高壓壓縮機和小流量壓縮機產品;進一步研究三元流動理論,不僅應用到葉輪設計,還發展到葉片擴壓器靜止元件設計中,以期達到最高的機組效率;低噪聲化,采用噪聲防護以改善操作環境。

往復壓縮機在國內的應用和發展現在往復式壓縮機發展方向是:大容量、高壓力、結構緊湊、能耗少、噪聲低、效率高、可靠性高、排氣凈化能力強;普遍采用撬裝無基礎、全罩低噪聲設計,大大節約安裝、基礎和調試費用;不斷開發變工況條件下運行的新型氣閥,氣閥壽命大大提高;在產品設計上,應用壓縮機熱力學、動力學計算軟件和壓縮機工作過程模擬軟件等,提高了計算準確度,通過綜合模擬模型預測壓縮機在實際工況下的性能參數,以提高新產品開發的成功率。壓縮機產品機電一體化得到強化,采用計算機自動控制,自動顯示各項運行參數,實現優化節能運行狀態,優化聯機運行、運行參數異常顯示、報警與保護;產品設計重視工業設計和環境保護,壓縮機外型美觀,更加符合環保要求。國內可以生產石化行業需要的往復式壓縮機的廠家主要有沈陽氣體壓縮機廠、上海壓縮機廠、無錫壓縮機廠等。經過20年的發展,國內已形成L、D、DZ、H、M型等等數十個壓縮機系列、數百種產品。國內的中小型壓縮機基本滿足了國內石化行業的需求,但大型往復壓縮機還不能完全滿足需要。沈陽氣體壓縮機廠從德國BORSIG公司引進了全套的往復壓縮機設計制造技術,將產品市場定位于煉油化工領域,尤其在大中型往復壓縮機技術開發方面取得了突破性進展。1990年研制成功了符合現行國際標準的4M50型系列大型氫氣往復壓縮機組,1996年推出了6M50型系列氮氫氣壓縮機組,1998年研制成功了4M80型系列大型氫氣壓縮機組。往復式新氫壓縮機容積流量達到34000Nm3/h,活塞壓力達到80kN,出口壓力達到19MPa,功率達到4000kW,已用于200萬t/a渣油加氫脫硫裝置。天華化工機械及自動化研究設計院和江陰壓縮機廠合作設計制造的迷宮壓縮機流量達到980Nm3/h,出口壓力達到3.8MPa,已經應用于7萬t/a聚丙烯裝置。大型機組的研制成功,打破了國外廠家和銷售商長期壟斷我國煉油化工用往復壓縮機市場的局面,使同種機組的市場價格下降超過了50%,標志著國內的往復壓縮機制造能力正向國際先進水平邁進。

現在國內往復壓縮機技術水平同國外相比,主要差距為基礎理論研究差,產品技術開發能力低,工藝裝備和實驗手段落后,產品技術起點低,規格品種、效率、制造質量和可靠性還有相當差距,技術含量高和特殊要求的產品滿足不了國內需要。

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