离心式压缩机应用实例，离心压缩机节能技术应用分析

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1、离心式压缩机应用实例：离心压缩机节能技术应用分析

1 存在的问题

我公司化肥厂空分车间DA120-121型离心压缩机组是化肥生产的关键设备之一。该机组从1981年安装投入运行至2005年6月30日，根据多年来机组运行情况来看，目前存在如下的主要问题。

（1）出力低、电耗高　

DA120-121型离心压缩机单台设计能力为7200m3/h，改造前两台DA120-121并联运行向净化车间输送压缩空气，远远低于设计值，到了夏季因环境温度过高，输送量更低。由于输送的空气量小，使得化肥厂其它工序无法满负荷匹配运行。可见，旧机组出力低已成为提高尿素产量最主要的制约因素。

双机并联运行模式效率更低、稳定性也更差。当两台压缩机并联工作时，总的流量增加，但每台压缩机本身的流量，要比单独运转时减少了。所以并联工作后的总流量比每台机器独立工作于同一管网系统时的各自流量之和还要小；另外并联后由于流量增加，使得管网阻力损失增加，管网性能曲线的斜率增加，工况点落入喘振区的可能性增加，从而加大了机组的安全隐患。自化肥系统“8.13”改造以后，采用了两台机组并联运行模式，使其运行效率低和机组能耗高的问题更加明显，这已成为化肥系统节能降耗的“瓶颈”所在。据统计，双机运行导致直接电耗每小时增加1000kW·h以上，因此双机并联运行是旧机组出力低的另一重要原因。

（2）机组运行周期短、安全及稳定性差

机组运行周期达不到设计要求，夏季运行不稳定，导致多次停车；该机组经过20余年的运行，机械、电气、仪表方面出现的故障率高，运行可靠性也较差，每年造成至少3次化肥系统的减量或停车，严重威胁着化肥系统的不间断、安全运行，同时还造成公司巨大的经济损失(据统计，每次直接停车经济损失不少于20万元)。

（3）维修费用高　

据统计，每年一台旧机组各项维护费用约20多万元，两台年维护费用共计40多万元。

两台机组均存在着主要部件无备用急需更换的问题。其一，两台机组需准备高、低缸转子各一套，价值约100万元；其二，2#机组增速机齿轮运行寿命已达报废时间，急需齿轮订货更换，价值约15万元，否则会影响机组的安全运行；其三，1#机组2、3段气体冷却器需更换，需10万元。合计约需125万元。

2 新机组节能技术分析

通过分析研究，确定组装式离心压缩机SVK12-4H为新机组机型。

2、离心式压缩机应用实例，离心压缩机简介

按压缩气体的方式不同，压缩机通常分为两类：

容积式压缩机宜用于中小流量的场合；透平式压缩机宜用于大流量的场合。

从能量观点来看：压缩机是把原动机的机械能转变为气体能量的一种机械。

容积式压缩机气体压力的提高是利用气体容积的缩小来达到；

透平式压缩机气体压力的提高是利用叶轮和气体的相互作用来达到。

按气体压缩方式：

按气流运动方向：

离心式—气体在压缩机中的流动方向大致与旋转轴相垂直。

轴流式—气体在压缩机中的流动方向大致与旋转轴相平行。

复合式—在同一台压缩机内，同时具有轴流式与离心式工作叶轮，一般轴流在前，离心在后。

按压力高低分类：

通风机：指大气压在101.325Kpa，温度为20℃,出口全压值小于15 Kpa（表压）的风机。

鼓风机：指升压在15 Kpa~200Kpa（表压）之间或压比大于1.15小于3的风机。

压缩机：指升压大于200 Kpa（表压）或压比大于3的风机。

工作原理：气体由吸气室吸入，通过叶轮对气体做功，使气体压力、速度、温度提高。然后流入扩压器，使速度降低，压力提高。弯道和回流器主要起导向作用，使气体流入下一级继续压缩。最后，由末级出来的高压气体经涡室和出气管输出。

离心式压缩机零件很多，这些零件又根据它们的作用组成各种部件。我们把离心式压缩机中可以转动的零部件统称为转子，不能转动的零、部件称为静子。

结构及部件：

主轴：主轴上安装所有的旋转零件，它的作用就是支持旋转零件及传递转矩，因此主轴应该具有一定强度与刚度。主轴的轴线也就确定了各旋转零件的几何轴线。

叶轮：叶轮也称为工作轮，它是压缩机中最重要的一个部件。气体在叶轮叶片的作用下，跟着叶轮做高速的旋转。而气体由于受旋转离心力的作用以及在叶轮里的扩压流动，使气体通过叶轮后的压力得到了提高。此外，气体的速度能也同样在叶轮里得到了提高。因此可以认为叶轮是使气体提高能量的唯一途径。

隔套：隔套热装在轴上，它们把叶轮固定在适当的位置上，而且能保护没装叶轮部分的轴，使轴避免与气体相接触，同时也起到导流的作用。

平衡盘：平衡盘就是利用它的两边气体压力差来平衡轴向力的零件。它位于高压端，它的一侧压力约为末级出口压力(高压)，另一侧连通进气管（低压）由于平衡盘也是用热套法套在主轴上。上述两侧压力差就使转子受到一个与轴向力反向的力。其大小决定于平衡盘的受力面积。通常，平衡盘只平衡一部分轴向力。剩余的轴向力由止推盘（止推轴承）承受。

机壳：机壳也称为气缸、机壳是静子中最大的零件。通常是用铸铁或铸钢浇铸出来的。机壳一般有水平中分面，以便于装配、检修。

吸气室、蜗壳也是机壳的一部分，它的作用是把气体均匀地引入叶轮，然后顺畅地导出机壳。

扩压器：气体从叶轮流出时，它具有较高的流动速度，为了充分利用这部分速度能，常常在叶轮后面设置了流通面积逐渐扩大的扩压器，用以把速度能转化为压力能，以提高气体的压力。

扩压器一般有无叶型、叶片型、直壁型扩压器等多种形式。

弯道及回流器：多级离心式压缩机中，气体欲进入下一级就必须拐弯，为此要采用弯道。弯道是由机壳和隔板构成的弯环形通道空间。回流器的作用是使气流按所需要的方向均匀地进入下一级。它由隔板和导流叶片组成。

蜗室：蜗室的主要目的是把扩压器后面或叶轮后面的气体汇集起来，把气体引导到压缩机外面去，使它流到气体输送管线或流到冷却器去进行冷却。此外，在汇集气体的过程中，在大多数情况下，由于蜗室外径的逐渐增大和通流截面的渐渐扩大，也对气流起到一定的降速扩压作用。

具有自动调心平衡外载和抑制油膜自激涡动,抗振性能好，不易产生油膜振荡。

压缩机辅助系统：

润滑油系统：压缩机的润滑油系统在压缩机安全运行的过程中起着重要的作用。它不仅仅使压缩机运行时各摩擦部位得到充分的润滑，而且降低了各部件接触面的负荷，还使得压缩机运行摩擦产生的热量有效地扩散。还能减少设备的腐蚀，降低设备的故障率，从而使压缩机的使用寿命得以延长。

润滑油作用：密封、润滑、冲洗、冷却、减震、卸荷、保护。

密封系统：

内密封：

迷宫密封：是一种由一系列节流齿隙和膨胀空腔构成的非接触密封形式，主要用于密封气体介质。

结构形式：在固定部件与轮盖、隔板与轴套、轴的端部设置密封件，采用梳齿式（迷宫式）密封。

特点：

适应高温、高压、高转速场合。

结构简单，性能稳定可靠。

广泛用作为蒸汽透平、燃气透平、离心式压缩机、鼓风机等热力机械的轴端密封或级间密封。

缺点是泄漏大。

工作原理：利用节流原理，减小通流截面积，经多次节流减压，使在压差作用下的漏气量尽量减小。即通过产生的压力降来平衡密封装置前后的压力差。

减小齿逢间隙；增加密封齿数；

加大齿片间的空腔和流道的曲折程度。

干气密封：

气膜密封：依靠几微米的气体薄膜润滑的机械密封，也称为干气密封。

与其它密封相比，气膜密封可省去密封油系统。

泄漏量少、磨损小、寿命长、能耗低，操作简单可靠，被密封的流体不受油污染。

结构：和传统上的液相用机械密封有相似的剖面外形，特别之处在于动环表面加工出一系列沟槽（深度一般为0.0025～0.01mm），这些沟槽在轴旋转时可对气体的溢出有抑制作用，当气体压力与弹簧力平衡后，在动静环间形成气膜使动静环互不接触。

工作原理：密封气体注入密封装置后，动静环均受到流体的静压力作用。当动环随轴转动时，螺旋槽里的气体被剪切，产生动压力，气体从外缘流向中心，而密封坝抑制气体流动，气体压力升高，动静环分开，当气体压力与弹簧恢复平衡后，维持一最小间隙，形成气膜，密封工艺气体。

双端面干气密封：

适用于不允许工艺气泄漏到大气中，但允许密封气（例如氮气）进入机内的工况 。

串联干气密封：

适用于不允许工艺气泄漏到大气中，也不允许密封气进入机内的工况。

盘车系统：

冲击式盘车装置：

盘车装置的作用：如果机组在热态停机，转子不再转动，在冷却过程中，会因受力不均出现转子弯曲，这种弯曲导致转子偏心，动平衡被破坏，再重新启动时会造成明显震动，引起叶片、气封的严重损坏，同时震动也会使滑动轴承过早的磨损。

如果停车冷却阶段中，让转子连续转动均匀冷却，就会避免上述情况，冲击式盘车装置就是在每个运转周期使汽轮机转子旋转一定的角度，满足这个条件。

利用电磁阀改变液压油的流向，使之按照一定时间间隔注入油缸活塞上部与下部，带动活塞上下移动，通过棘轮系统将活塞的往复运动转化成主轴的旋转，达到盘车目的。

喘振是离心式压缩机固有的特性，当离心式压缩机的进口流量小到某一值（喘振值）时，就会在整个扩压器流道中产生严重的旋转失速，压缩机的进出口压力和流量会发生周期性的大幅度波动，引起压缩机组的强烈振动并发出风的吼叫声，这种现象叫做压缩机的喘振。

喘振的特征：

喘振时压缩机工作极不稳定 ，气动参数会出现周期性的波动，振幅大，频率低，同时平均排气压力值下降。喘振时有强烈的周期性气流噪声，出现气流吼叫声。喘振时机器强烈振动，机体、轴承等振幅急剧增加。

喘振的危害：

喘振原因：

系统压力升高：系统压力大于压缩机出口压力，使压缩机出口流量降低至喘振流量以下，气体倒流回压缩机，形成喘振。

介质密度改变：

压缩介质密度突然发生大幅变化，在一定压力下，引起出口压力流量下降，造成喘振。

喘振的防治：

防喘振控制系统：

喘振控制策略：

安全裕度：喘振线与控制线的差称为安全裕度；

工作裕度：工作点与喘振点的差称为工作裕度。

如果系统检测到工作点越过喘振线，表示喘振已经发生，喘振控制线将被右移一个校准量，一般为2～4%，用以提高安全裕度。

当工作点在喘振控制线右方时，防喘振控制器的设定点（盘旋点）按照一定速率跟踪当前工作点（2%/s），二者偏离距离可设置，一般为5%左右，当工作点向左侧喘振区移动越过跟踪区间（越过盘旋点）则防喘振阀打开，起到预防喘振的作用。

临界转速：

临界转速：转子在运转中都会发生振动，转子的振幅随转速的增大而增大，到某一转速时振幅达到最大值（也就是平常所说的共振），超过这一转速后振幅随转速增大逐渐减少，且稳定于某一范围内，这一转子振幅最大的转速称为转子的临界转速。这个转速等于转子的固有频率，当转速继续增大，接近2倍固有频率时振幅又会增大，当转速等于2倍固有频率时称为二阶（级）临界转速 ，依次类推有三阶、四阶…

离心压缩机轴的额定工作转速高于或者低于转子的一阶临界转速，n1，或者介于一阶临界转速n1与二阶临界转速n2之间。前者称作刚性轴，后者称作柔性轴。

刚性轴要求： n ≤ 0.7n1

柔性轴要求： 1.3nl≤n≤0.7n2

对于柔性轴，机组升速过程需要快速通过临界转速区间。

本文来源于互联网，作者：大庆石化。暖通南社整理编辑。

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