劉文明 王蕾 沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司 沈陽 110869

離心壓縮機(jī)上的注水技術(shù)應(yīng)用

劉文明*王蕾 沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司 沈陽 110869

分析在離心壓縮機(jī)內(nèi)部應(yīng)用注水技術(shù)的可行性。

離心壓縮機(jī)設(shè)計(jì)注水技術(shù)應(yīng)用

乙烯裝置是石化工業(yè)深加工的裝置，由于壓縮輸送介質(zhì)是從裂解爐來的裂解氣，其組份有40多種，包括烯烴類、高分子烯烴、過氧化物、硫化物和氧化氮等，這些組份物質(zhì)在一定溫度和壓力下會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng)，形成類似焦油的粘稠沉淀物，阻塞葉輪、隔板、機(jī)殼流道和密封，影響壓縮機(jī)氣動(dòng)性能、機(jī)械性能和壽命。因此世界上各壓縮機(jī)制造商均設(shè)法避免和限制這種聚合反應(yīng)。注水技術(shù)是將壓縮機(jī)注入一定量的水，水在壓縮機(jī)內(nèi)部靠高溫介質(zhì)汽化，由液態(tài)變?yōu)槠麘B(tài)所需熱量由壓縮機(jī)介質(zhì)釋放的熱量提供。

1 離心壓縮機(jī)的工作過程

離心壓縮機(jī)是一種葉片旋轉(zhuǎn)式機(jī)械，其通流部分主要由進(jìn)風(fēng)筒、進(jìn)氣蝸室、葉輪、擴(kuò)壓器、彎道、回流器等組成。壓縮機(jī)外形見圖1。

圖1 壓縮機(jī)外形及注水位置圖

工藝流程:從離心壓縮機(jī)進(jìn)風(fēng)筒吸進(jìn)的氣體經(jīng)進(jìn)氣蝸室進(jìn)入葉輪，利用葉片和氣體的相互作用將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成氣體的壓力能及動(dòng)能，提高氣體壓力及速度，氣體由葉輪進(jìn)入擴(kuò)壓器，一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，氣體壓力繼續(xù)提高，速度下降后進(jìn)入彎道，經(jīng)過回流器進(jìn)入下一級(jí)壓縮，在壓縮過程中大部分能量轉(zhuǎn)化為壓力能，小部分轉(zhuǎn)化為熱能。由于氣體經(jīng)幾級(jí)壓縮后溫度較高，不利于繼續(xù)壓縮，需通過出口蝸室及出風(fēng)筒引入氣體冷卻器冷卻后再繼續(xù)壓縮。例如:二缸四段14級(jí)配置的壓縮機(jī)組，主要經(jīng)過三次冷卻，壓縮→冷卻→再壓縮→再冷卻。其工藝流程相對(duì)比較復(fù)雜，具體流程見圖2。

圖2 機(jī)組流程示意圖

2 注水技術(shù)的應(yīng)用

注水技術(shù)可以簡(jiǎn)化上述工藝流程，壓縮機(jī)內(nèi)介質(zhì)不需要通過管道引入氣體冷卻器，而是直接噴水冷卻降溫。這樣便可減少設(shè)備，降低投資。具體流程見圖3。

圖3 帶注水系統(tǒng)的機(jī)組流程示意圖

該工藝流程:首先，在壓縮機(jī)葉輪出口后的彎道內(nèi)注入純凈水，純凈水通過噴頭在一定壓力作用下霧化，霧化后的水與壓縮機(jī)內(nèi)的高溫介質(zhì)混合，液態(tài)水吸收介質(zhì)的熱量汽化，從而降低壓縮機(jī)內(nèi)介質(zhì)的溫度。采用連續(xù)注水方式，靠水的蒸發(fā)冷卻介質(zhì)。水在100℃下蒸發(fā)潛熱(即汽化熱)大約為2262kJ/kg，而水的傳熱可以忽略不計(jì)，因?yàn)樗畯?0℃到100℃時(shí)僅僅為293 kJ/kg。

從熱力學(xué)分析來看:注水降低了每級(jí)的出口溫度，減少了規(guī)定壓比所需的壓頭;同時(shí)通過注水使總的質(zhì)量流量增加，總的氣水混合物分子量減少，增加了所需的壓頭。但總的效應(yīng)是降低壓縮機(jī)耗功。由于注水發(fā)生在壓縮機(jī)的級(jí)間，每一級(jí)的流量和溫度都發(fā)生了變化，對(duì)壓縮機(jī)的氣動(dòng)方案有一定的影響，所以，在氣動(dòng)計(jì)算時(shí)要充分考慮水的潛熱和水的流量對(duì)壓縮過程的影響，在注水過程中，霧化后的液滴大小是很重要的。為了達(dá)到最大的熱傳導(dǎo)，充分發(fā)揮水的汽化潛熱，霧化程度要高，務(wù)必使水完全汽化;同時(shí)，液滴噴射面的角度要合適，應(yīng)滿足一定要求。為保證上述要求，注水噴嘴前后液汽間應(yīng)有一定的差壓。

綜上所述，雖然注入的水會(huì)增加壓縮機(jī)的流量，增加能量消耗，但由于各壓縮級(jí)溫度的降低，使得壓縮機(jī)的效率提高(近似于等熵壓縮)，同時(shí)減少流程中管道、冷卻器、壓縮機(jī)進(jìn)出口蝸室的損失。最終的結(jié)果是提高了壓縮機(jī)效率，降低了機(jī)組功耗。注入的水在最終冷卻器冷卻后分離排出。

3 注水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

(1)為保證水的質(zhì)量和潔凈，水應(yīng)為鍋爐供水，或汽輪機(jī)冷凝水經(jīng)脫鹽軟化的水。含氧量要低。

(2)水溫度需在30～60℃。

(3)水中無固體物，如油、污物和其它雜物。

(4)噴嘴、管嘴支架及其它附屬設(shè)備材質(zhì)應(yīng)為不銹鋼。

(5)隨著連續(xù)注水，直到出口處飽和，在工藝級(jí)之間換熱器內(nèi)流體量增加了，因此分離器和蒸汽收集器必須有足夠能力來承擔(dān)這些附加的負(fù)荷。

4 結(jié)語

沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司先后為大慶石化、上海石化、茂名石化、沈陽化工等生產(chǎn)的裂解氣壓縮機(jī)采用了裂解氣壓縮機(jī)注水技術(shù)，都取得了滿意的結(jié)果。

注水技術(shù)的成功應(yīng)用是國(guó)內(nèi)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步。該項(xiàng)技術(shù)已推廣應(yīng)用到焦化氣、水煤氣、火炬氣等裝置用離心壓縮機(jī)和冶金類高爐鼓壓風(fēng)機(jī)上，具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 汪創(chuàng)華，薛宇飛，馬志宏．裂解氣壓縮機(jī)的注水技術(shù)［J］．風(fēng)機(jī)技術(shù)，2002(3)．

2 遲國(guó)政．裂解氣壓縮機(jī)注水系統(tǒng)技術(shù)改造［J］．化工機(jī)械，2012(1)．

3 西安交通大學(xué)透平壓縮機(jī)教研室．離心壓縮機(jī)原理［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1980．10．

This paper analyzes the feasibility of water injection technology application in the centrifugal compressor．

Application of Water Injection Technology in Centrifugal Compressor

Liu Wenming，et al
(Shenyang Blower Works Group Co.，Ltd.，Shenyang 110869)

centrifugal compressorwater injection technology application

*劉文明:高級(jí)工程師。1988年畢業(yè)于沈陽機(jī)械工業(yè)職工大學(xué)。從事壓縮機(jī)設(shè)計(jì)工作。聯(lián)系電話:(024)25800167。

2012－06－04)