（化学工程专业论文）苯菲尔蒸汽压缩机运行性能改造.pdf

叫川人学程坝 j 学位论文 苯菲尔蒸汽压缩机运行性能改造 化学工程领域 研究生李定山指导教师黄卫星中文求 苯菲尔蒸汽压缩机是布朗合成氨深冷净化工艺中。台核心设备，对脱碳 工艺系统、乃至整个合成氨尿素工厂的满负荷稳定运行、节能降耗、设备及 管道防腐蚀影响极大。目前，国内3 0 万吨合成氨5 0 万吨尿素以上规模的大 型化肥成套装置中，苯菲尔蒸汽压缩机多采用进f _ l 法国、意大利等欧洲国家 设备，但运行效果不太理想，常刚转子失效被迫停运，严重损害系统运行， 给工厂造成巨大损失。 本文通过对建峰化工总厂苯菲尔蒸汽压缩机运行性能、失效形式的分析 研究，提出了改造其运行性能的方案，实施后经检验改造获得成功。在改造 实践中经深入研究，发现机组可以进一步深化改造以更好地提高其运行性能。 同时，通过对苯菲尔蒸汽压缩机关键、重要零部件材料、加工的研究，以及 对压缩机与管网联合运行性能研究，论文提出了进。步改造的新思路，并探 索了进行1 0 0 c 5 整机实施国产化改造的可能性。 本文研究应用了以下技术创新和技术突破： ( 1 ) 采用高强度不锈钢1 7 4 p h 替代t a 一6 v 材料，并对叶轮的诱导轮、 工作轮结构重新设计调整，提高了叶轮综合性能，延长了叶轮使用寿命； ( 2 ) 对高速单级悬臂压缩机组平行轴系进行转子动力学分析，重新设计 新转子，对叶轮强度进行校核，对叶片固有频率进行计算，确保转子运转稳 定； ( 3 ) 刈机组气动性能优化设计，对鹾缩机和管网联合运行分析研究后改 造了防喘振回流温度管线、压缩机入r 气流管线及洗涤操作工艺，改善叶轮 四川l 大学工程硕上学位论文 进口处气流分布，减小介质对叶轮迎气面冲蚀，提高叶轮疲劳寿命； ( 4 ) 探索、改进了苯菲尔蒸汽压缩机的安装、拆卸方式，调整装配数据， 改进了高速转子叶轮装配专用工具，提高现场装配压缩机及其关重件的精度、 效率和安全性，保证转子动平衡性能； ( 5 ) 研究了压缩机碳环密封技术，并改进了密封系统，减小泄漏损失， 可完全避免蒸汽对润滑油的污染。 建峰化工总厂成功地实现了苯菲尔蒸汽压缩机运行性能改造，改造后机 组运行稳定，对整食合成装置贡献巨大，经济效益和社会效益明显。并为进 一步改进机组运行性能，提供了新的思路。 关键词：苯菲尔蒸汽压缩机，合成氨，操作运行，脱碳 四1 1 人学丁程颇卜学位论文 i m p r o v e m e n t o nt h eo p e r a t i o np e r f o r m a n c e so f t h eb e n f i e l ds t e a mc o m p r e s s o r s p e c i a l t y ：c h e m i c a le n g i n e e r i n g g r a d u a t e ：l id i n g s h a n s u p e r v i s o r ：t i u a n gw e i x i n g ，s h e nw e n q i u t h eb e n f i e l ds t e a mc o m p r e s s o ri sac r i t i c a lu n i ti nb r a u nd e e p - c o o l i n g p u r i f i c a t i o np r o c e s so fs y n t h e t i ca m m o n i a i tp r o d u c e sag r e a ti n f l u e n c eo v e rt h e f u l l l o a d i n go p e r a t i o n ，t h ee n e r g yc o n s u m p t i o na n da n t i c o r r o s i o no fe q u i p m e n t s a n dp i p e l i n e st od e c a r b o ns y s t e me v e nt h e nw h o l ea m m o n i a u r e au n i t a tp r e s e n t ， f o rt h es y s t e mw i t ht h ec a p a c i t yo fm o r et h a n3 0 0t h o u s a n dt o na m m o n i a 5 0 0 t h o u s a n dt o nu r e ai nay e a r , i m p o r t e df r o me u r o p e a nc o u n t r ys u c ha sf r a n c e ， g e r m a na n ds oo n ，t h ec o m p r e s s o ro p e r a t e so f t e ni m p r o p e r l y 。t h ec o m p r e s s o r r o t o rf a i l u r eo f t e nr e s u l t si nt h es y s t e mt o s t o pr u n n i n g ，a n d c a u s e sl a r g e e c o n o m i cl o s sf o rw h o l ep l a n t t h i sw o r k ，t h r o u g ha n a l y z i n ga n dr e s e a r c h i n gt h eo p e r a t i o np e r f o r m a n c e a n d f a i l u r em o d eo ft h eb e n f i e l ds t e a mc o m p r e s s o ro fj i a n f e n g c h e m i c a l s c o r p o r a t i o n ，p r o v i d e daf o r m u l ao fi m p r o v i n gi t so p e r a t i o np e r f o r m a n c ea n dm a d e ag r e a ts u c c e s s i nt h ep r a c t i c e ，t h r o u g hr e s e a r c h i n gt ot h em a t e r i a la n dp r o c e s so f i t s i m p o r t a n ta n dk e yp a r t s ，a n da n a l y z i n gt h eo p e r a t i n gp e r f o r m a n c e o f c o m p r e s s o r a n dp i p e l i n e ，an e wc o n s i d e r a t i o nw a sd e v e l o pf o rf u r t h e r i m p r o v e m e n to ft h ec o m p r e s s o rp r o p e r t y t h em a i ni n n o v a t i o n si nt h ep a p e ra r ea sf o l l o w i n g ： ( 1 ) b ye m p l o y i n gh i g hi n t e n s i t ym a t e r i a l 17 4 p hi n s t e a do ft a 一6 v , a n d r e d e s i g n i n gt h ec o n s t r u c t i o no fg u i d e w h e e la n dw o r k - w h e e l ，t h ec h a r a c t e ro f t h e c o n l p r e s s o r si m p e l l e r , a n dt h eo p e r a t i o nl i f eo ft h ei m p e l l e rw e r ei m p r o v e d 心川人学t 程坝i 学位论文 ( 2 ) b yc o n d u c t i n gd y n a m i c sa n a l y s i sf o rh i g h s p e e ds i n g l e g r a d eh a n g a r m s h a f to fc o m p r e s s o rr o t o r ，r e d e s i g n i n gan e wr o t o li n s p e c t i n gi t ss t r e n g t h ，a n d c a l c u l a t i n gi t si n t r i n s i cf r e q u e n c y , t h ec o n s t a n to p e r a t i o no ft h ec o m p r e s s o rw a s a s s u r e d ( 3 ) b yo p t i m i z a t i o nd e s i g no fg a s d y n a m i c so ft h er o t o r ，t h ec o m p r e s s o ra n d t h ep i p e l i n e ，a n dt h ea n t i s u r g ep r o t e c t i o no fs y s t e m ，t h eg a s f l o w i n gd i s t r i b u t i o n i ni i m p e l l e ri sa d v a n c e dt h ei m p a c ta n de r o s i o np r o d u c e db yg a sf l o w i n gt o i m p e l l e rs u r f a c ea r ea l s or e d u c e d ，m a k i n gt h ei m p e l l e rl i f ee x t e n d e d ( 4 ) t h ep r o g r a mf o ri n s t a l l a t i o na n dd i s a s s e m b l eo ft h ec o m p r e s s o rw a s i m p r o v e d b ya d j u s t i n gt h ed a t ao ft h ec o m p r e s s o ra s s e m b l e ，r e v i s i n gt h es p e c i a l t o o lf o ri m p e l l e ra s s e m b l ea n dd i s a s s e m b l e ，t h ep r e c i s i o n ，e f f i c i e n c ya n ds a f e t yo f t h ec o m p r e s s o ra s s e m b l ya r ei m p r o v e d t h ed y n a m i c b m a n c ec h a r a c t e ro ft h e r o t o ri sa l s oe n s u r e d ( 5 ) b yi m p r o v i n gt h es e a lt e c h n i q u eo fc a r b o nr i n g ，i t c a na v o i dl u b r i c a n t p o l l u t i o nf r o ms t e a m ，a n dr e d u c et h el e a kl o s s t h ei m p r o v e m e n ti nj i a n f e n gc h e m i c a l sc o r p o r a t i o ns u c c e s s f u l l ya d v a n c e s t h er u n n i n gc a p a b i l i t yo ft h eb e n f i e l ds t e a mc o m p r e s s o r , m a k i n gah i g he c o n o m i c a n ds o c i e t ye f f i c i e n c y t h i sw o r ke s t a b l i s h e sav e r yg o o df o u n d m i o nf o rf u r t h e r i m p r o v e m e n to ft h eb e n f i e l ds t e a mc o m p r e s s o ru n i tf o rh i g h e re f f i c i e n c y k e yw o r d ：b e n f i e l ds t e a mc o m p r e s s o r ，s y n t h e t i ca m m o n i a ，o p e r a t i o n ， d e c a r b o n i z a t i o n 四川大学工程硕士学位论文 第一章概述 1 1 苯菲尔蒸汽压缩机在工艺系统中的作用 建峰化工总厂于1 9 8 9 年从法国t e c h n i p 公司成套进1 ：3 了一套设计规模为 年产3 0 万吨合成氨、5 2 万吨尿素的大型化肥生产装置。该装置于1 9 9 3 年建 成投产，至2 0 0 4 年底，化肥工厂已累计生产尿素6 3 4 万吨、液氨3 6 5 万吨， 创造了单日负荷1 1 5 、单年产量6 0 万吨、长周期运行3 6 8 天的辉煌记录， 吨氨能耗达到4 6 3 n m 3 t 的最好运行水平。工厂以天然气为原料，分别采用美 国布朗深冷净化工艺、意大利司拉姆工艺生产合成氨和尿素，其中，合成氨 工厂中的脱碳工艺为低能耗的苯菲尔( b e n f i e l d ) 工艺。 天然气经1 0 0 c 4 压缩、z n o 脱硫、1 0 0 h 1 一段转化、1 0 0 r 1 二段转化、 1 0 0 r 2 高温变换、1 0 0 r 3 低温变换后，工艺气体中除主要为n 2 和h 2 外，尚 有1 6 7 8 的c 0 2 ，须对c 0 2 加以脱除和回收，即执行脱碳工艺。建峰化工总 厂采用改良热钾碱法即苯菲尔德( b e n _ f i n d ) 法进行脱碳。为加快c 0 2 的吸收 速度，脱碳液中加入活化剂- - 7 醇胺( d e a ) ，同时加入缓蚀剂v 2 0 s 以降低 碳酸钾溶液对设备的腐蚀。鉴于脱碳能耗与合成氨总能耗密切相关( 整个合 成氨各工艺中只有转化和脱碳过程须由外部供热) ，而脱碳过程的能耗在于溶 液的加热再生，为降低脱碳能耗，工艺上进行了节能改造，使再生溶液在较 低压力下进行再生。再生出来的高温溶液闪蒸所产生的蒸汽( 闪蒸出来的蒸 汽压力比再生塔操作压力低) ，经压缩后返回再生塔，代替用以加热溶液的新 鲜蒸汽。 图1 - 1 为建峰化工总厂低能耗苯菲尔脱碳系统工艺流程图。该系统采用 两段吸收两段再生，四级喷射，一级压缩流程。将闪蒸槽( 1 0 0 v 1 0 ) 分成五 个区间，前四个区间上面分别安装一台喷射器( 1 0 0 j 2 a b c d ) ，使溶液在闪 蒸槽内逐级减压闪蒸，闪蒸槽第五个区间上用蒸汽压缩机( 1 0 0 c 5 ) 抽吸蒸汽 并对蒸汽进行压缩。因为闪蒸蒸汽压力和再生塔压力之间的压缩比较低，所 以1 0 0 c 5 设计采用单级压缩。在吸收塔( 1 0 0 t 1 ) 中、下部，由于气相c 0 2 分压较大，因此用从再生塔( 1 0 0 t 2 ) 中部取出的具有较高温度( 即1 0 0 t 2 中部沸腾温度) 、中等转化度的半贫液来吸收c 0 2 气体，可以保证有足够的推 四川大学工程硕士学位论文 图1 - 1 脱碳工艺流程图 图例；l o o a l 6 一空气冷却器；l o o c 5 一苯菲尔压缩机； 1 0 0 e 1 2 一冷凝液再沸 器；1 0 0 e 1 3 溶液再沸器； l o o e l 4 一锅炉给水，工艺气换热器； 1 0 0 e 1 5 锅炉给 水贫液换热器；1 0 0 e 1 7 再生塔顶冷却器； 1 0 0 j 2 一闪蒸槽喷射器；1 0 0 p 6 一贫液 泵：1 0 0 p e 6 - - 水力透平； l o o p 7 一再生冷凝液泵；i 0 0 t l 一二氧化碳吸收塔： 1 0 0 t 2 一二氧化碳再生塔； 1 0 0 v 8 - - i 艺冷凝液分离器； 1 0 0 v 9 一吸收塔出口分离 器； 1 0 0 v 1 0 一溶液闪蒸槽；1 0 0 v l l 一二氧化碳冷凝液分离器 动力。同时，由于吸收温度高，加快了c 0 2 与k 2 c 0 3 的反应速度，有利于吸 收进行，可将工艺气体中大部分c 0 2 吸收掉。但半贫液转化度仍显较高，加 之吸收温度较高，受溶液的c 0 2 平衡分压限制，用半贫液洗涤过的气体中仍 会含有一定量的c 0 2 。为提高气体净化度，工艺设计在1 0 0 t i 上部继续用来 自1 0 0 t 2 并经冷却的贫液洗涤。由于贫液转化度较低，且在较低吸收温度下 溶液的c 0 2 平衡分压很小，因此洗涤后气体中c 0 2 浓度可达0 1 以下。与传 统的苯菲尔工艺相比，本装置引入了蒸汽压缩机，使苯菲尔脱碳系统能耗进 一步降低，并解决了传统苯菲尔工艺常压再生时水蒸气随c 0 2 从再生塔顶部 带出引起的大量冷凝热损失，以及冷却贫液造成的热量损失，使富含二氧化 四川大学工程硕士学位论文 碳的再生溶液通过闪蒸槽闪蒸出蒸汽，再由蒸汽压缩机增压后，送入再生塔 作汽提剂，这样，大量的水蒸气沿再生塔向上流动，与溶液逆流接触，不仅 降低了气相中二氧化碳的分压，增加了解吸的推动力，而且增加了液相的湍 动程度和解吸面积，使溶液得以充分再生，以减少塔底再沸器的外部供热， 减少脱碳的再生热耗。 建峰化工总厂大化肥装置配用的苯菲尔蒸汽压缩机( 设备位号：1 0 0 c 5 ， 以下简称1 0 0 c 5 ) 由法国g e ca l s t h o m 公司设计制造，整个机组由一台 a l s t h o m 压缩机、b h s v o i t h 公司制造的齿轮箱及一台功率为1 3 0 0 k w 的 驱动电机组成。压缩机为单级、半开式轴向流入型离心压缩机，其压缩工艺 流程为：从二氧化碳再生塔( 1 0 0 t 2 ) 底部出来的1 2 4 。( 2 、9 9 k p a 贫液，自然 流至具有五个闪蒸区间的溶液闪蒸槽( 1 0 0 v 1 0 ) ，经过前四级顶部蒸汽喷射器 喷射后，其压力由8 2 k p a 降至4 9 k p a ，温度降为1 1 5 0 c 。溶液进入第五级，通 过蒸汽压缩机( 1 0 0 c 5 ) 抽吸气相中的水蒸汽和二氧化碳气体，使贫液中二氧 化碳含量进一步降低，流入贫液泵( 1 0 0 p 6 ) ，打n - - - 氧化碳吸收塔( 1 0 0 t 1 ) 。 与此同时由第五级闪蒸出的温度为1 0 2 0 ( 2 、压力为4 k p a 的低压混合蒸汽( 约 含有4 的c 0 2 ) ，经过蒸汽压缩机( 1 0 0 c 5 ) 将其压缩成1 9 7 0 c 、1 1 5 k p a 蒸 汽，和前四级喷射器抽出的蒸汽一道( 约含有4 的二氧化碳) ，被送入二氧 化碳再生塔( 1 0 0 t 2 ) ，为溶液的再生提供热源。见图1 2 苯菲尔压缩流程。 图i - 2 苯菲尔压缩流程示意图 四j l 大学工程硕士学位论文 与传统苯菲尔工艺相比，本装置每脱除千摩尔二氧化碳的能耗大大降低。 传统苯菲尔每脱除千摩尔二氧化碳能耗为1 0 9 1 2 6 m j ，能耗高的原因在于： ( 1 ) 常压再生时，大量水蒸汽随二氧化碳从再生塔顶部带出，h 2 0 c 0 2 的摩尔比为1 8 2 2 ，因此在再生气冷凝器中有大量冷凝热损失； ( 2 ) 再生塔下段底部贫液温度为1 2 09 c 左右，需经冷却后去吸收塔上段 用于吸收，从而造成热量损失。 本装置由于采用对闪蒸汽四级喷射、一级压缩后，贫液可在负压下实现 五段闪蒸，这样方面降低了溶液温度，减少了冷却器负荷，另一方面可使 溶液再生更为完全，减轻再生塔的再生负荷，从而极大地降低脱碳能耗( 见 表1 一1 ) 。 表1 - 1 苯菲尔脱碳工艺对比 指标单位传统苯菲尔法多级喷射法蒸汽压缩机法 i 脱出c 0 2 能力时h2 8 2 1 02 8 2 l o2 8 2 1 0 t 1 塔出口c 0 2 o 2 2o 2 2 o 2 2 热能 m j m1 5 01 1 4 37 6 6 电能 k w1 2 0 01 1 7 51 3 0 0 冷却负荷 m j ，h1 7 68 67 2 由此可见，作为低能耗深冷净化布朗工艺设计中脱碳系统热平衡热量的 重要补充源，1 0 0 c 5 在脱碳工艺中具有极为重要的作用。一方面，压缩从溶 液闪蒸槽( 1 0 0 v 1 0 ) 第五级闪蒸出的低压饱和水蒸汽和二氧化碳混合气体， 使之成为高温过热蒸汽，送入二氧化碳再生塔( 1 0 0 t 2 ) ，为再生塔提供热源； 另一方面，抽吸贫液中水蒸气和二氧化碳气体，降低贫液中二氧化碳的分压， 增加解吸推动力，减轻再生塔负荷，降低脱碳系统能耗，推动系统稳定运行。 1 2 改造苯菲尔蒸汽压缩机的原因和目的 鉴于1 0 0 c 5 在工艺系统中的重要作用，客观上要求1 0 0 c 5 必须长期、稳 定运行。但是，建峰化工总厂化肥厂苯菲尔蒸汽压缩机( 1 0 0 c 5 ) 自1 9 9 3 年 6 月投运后，其运行一直不理想。从1 9 9 3 年6 月至2 0 0 3 年1 月总共1 1 4 个月 四川大学工程硕士学位论文 中，设备正常运行只有3 4 个月，运行率仅仅达到2 9 8 2 ，即使扣除非自身 原因而停运的约8 个月，1 0 0 c 5 设备的有效运转率也才有3 2 0 8 。其间先后 6 次长时期中断运行，系统只能在1 0 0 c 5 停运状况下操作，系统负荷被迫降 低至2 7 0 0 0 n m 3 h ( 负荷率为8 8 ) ，严重影响了整个工厂的系统运行和经济 效益。见表1 2 ：1 0 0 c 5 运行( 停运) 时间表。 表1 _ 21 0 0 c 5 运行停运时间表 时间段 运行时间( 月) 停运时间( 月) 1 9 9 3 7 1 9 9 4 38 t 9 9 4 3 1 9 9 5 71 6 1 9 9 5 7 1 9 9 6 38 1 9 9 6 3 1 9 9 6 9 6 1 9 9 6 9 1 9 9 7 1 4 1 9 9 7 1 1 9 9 7 98 1 9 9 7 8 1 9 9 8 36 1 9 9 8 3 1 9 9 8 6 3 1 9 9 8 6 1 9 9 8 82 1 9 9 8 8 1 9 9 8 1 0 2 1 9 9 8 1 0 1 9 9 9 46 1 9 9 9 4 2 0 0 3 14 5 合计 3 48 0 由于低能耗深冷净化布朗工艺采用了温和的一段转化，一段炉1 0 0 h 1 入 口水碳比只有2 7 ( 传统苯菲尔工艺前端水碳比3 2 3 7 ) ，因此单靠前端系统 带入的热量远远不能满足脱碳系统热平衡需要，不足的热量要靠苯菲尔压缩 系统来补充。一旦1 0 0 c 5 停用，脱碳系统热平衡及水平衡将被严重打破，造 成溶液再生不彻底，从而使整个脱碳系统不能稳定运行。其主要原因是： ( 1 ) 由于1 0 0 c 5 停运，再生塔再生热源不够，再生热耗不足，造成热量 不平衡，减少了二氧化碳解吸推动力，使其再生的贫液的转化度升高。贫液 进入吸收塔时吸收二氧化碳能力降低，致使吸收塔出口二氧化碳含量超标， 四j i i 大学工程硕士学位论文 影响后续工段正常运行。 ( 2 ) 由于再生热源不足，再生塔出口温度降低，出口水量减少，影响系 统的水平衡，造成脱碳溶液因稀释而浓度下降，降低了系统吸收二氧化碳的 能力； 表1 3 1 0 0 c 5 运行及停运工况工艺参数对比表 工 艺参数单位运行工况停运工况 原料气流量瑚? m3 0 0 3 82 9 9 7 0 水碳比2 7 22 9 2 r 3 ( 低变) 出口工艺气温度o c2 3 3 22 3 1 6 r 3 ( 低变) 出口工艺气压力 m p a ( g ) 2 8 52 ，9 l e 1 2 出口工艺气温度 o c1 5 4 81 5 8 5 e 1 3 出1 2 i 艺气温度 o c1 2 71 3 8 t l 塔入口工艺气温度 o c1 0 4 11 0 8 1 t 1 塔出1 2 1 7 艺气温度 o c6 9 - 37 l t l 塔出口工艺气压力 m p a ( g ) 2 7 82 8 7 t l 塔出口溶液温度 。c1 1 2 21 1 9 6 t 2 塔出口混合气温度 o c1 0 0 11 0 2 1 t 2 塔底溶液温度 。c1 2 4 71 2 4 7 v 1 1 出口c 0 2 压力 k p a ( g ) 6 5 56 6 3 冷贫液温度 o c6 9 77 1 2 冷贫液循环量 m 3 h2 2 4 92 2 5 3 热贫液温度 o c1 0 5 31 1 3 7 热贫液循环量 m j , , h 6 6 9 76 9 2 9 进t l 塔c 0 2 含量 1 6 7 l1 6 8 6 贫液转化度 3 2 7 73 5 7 6 溶液浓度( 总- k 2 c 0 3 ) 2 8 7 82 9 4 5 d e a 浓度 1 7 31 9 3 总v 含量 1 11 1 9 总f e 含量7 8 3 48 1 5 ( 3 ) 为解决贫液浓度降低引起的吸收能力降低问题，系统被迫增加溶液 6 四川大学工程硕士学位论文 循环量，从而加剧了系统热量损失，进一步影响系统热平衡，形成恶性循环； ( 4 ) 1 0 0 c 5 停运后，系统碳酸钾溶液浓度被迫提高，由于转化度及溶液 浓度较高，加剧了碳酸氢钾对脱碳设备的腐蚀，造成溶液中总铁含量升高 表1 - 41 0 0 c 5 三种工况下再生塔的热量分析 项目设计运行停运 l 入t 2 ( 再生塔) 热量( g j h )6 3 1 9 46 3 6 6 76 6 1 1 e 1 2 ( 冷凝液再沸器) ( g j h )4 5 5 74 6 3 44 9 9 8 e 1 3 ( 溶液再沸器) ( g j h ) 3 7 2 44 7 8 4 4 7 0 1 j 2 ( 闪蒸槽喷射器) ( g j h ) 3 9 6 54 2 9 35 1 3 5 c 5 ( 苯菲尔压缩机) ( o j h ) 5 0 4 73 8 6 2 t 2 ( 再生塔) 入口溶液( g j h )4 5 8 4 44 6 0 25 0 3 7 其它( g j h ) o 5 70 7 40 7 7 加入低压蒸汽( g j h ) ，8 2 9 f 出t 2 ( 再生塔) 热量( g j h )5 7 5 0 25 8 5 1 86 0 5 3 9 t 2 塔底出口溶液( g j h ) 4 9 6 4 25 0 1 6 5 5 0 9 4 5 t 2 塔顶出口混合汽( g j h ) 7 8 68 3 59 5 9 4 t 2 ( 再生塔) 反应热( g j , h ) 3 2 9 43 2 1 63 2 2 3 t 2 ( 再生塔) 热损失( o j h )2 3 9 81 9 t 3 32 3 2 3 热损失率( ) 3 83 3 5 再生热量( g j h ) 1 3 5 61 3 5 0 2 1 5 1 6 5 溶液循环量( m 3 h ) 9 2 08 9 4 69 1 8 2 吸收能力( m 3 c 0 2 m 3 溶液) 3 0 0 53 0 1 62 9 6 7 再生效率 塔顶水碳比 1 0 0 21 1 0 5 1 2 9 6 再生c 0 2 i t ( m 3 h ) 2 7 6 4 72 6 9 8 52 7 2 6 0 再生热耗( k j m )4 9 0 25 0 0 45 5 6 3 再生效率( m 3 t 蒸汽)4 5 0 7 84 4 1 4 23 9 7 0 9 总f e 含量7 8 3 48 1 5 ( 5 ) 由于1 0 0 c 5 没有运行，溶液闪蒸槽1 0 0 v 1 0 第五级没有进行闪蒸， 富含4 的二氧化碳造成1 0 0 v 1 0 出口贫液转化度上升，出口温度升高，引起 四型奎兰堡堡主堂垡笙墨 吸收塔1 0 0 t 1 底溶液温度上升。但富液在进入t 2 塔顶时由于不能与上升的二 氧化碳混合气充分传质，造成热量浪费。 为弥补1 0 0 c 5 停运带来的影响，工艺上采取了一些补救措施，但效果不 尽如人意。 ( 1 ) 为降低贫液再生度，恢复吸收塔二氧化碳的吸收效果，工艺上将脱 碳系统总碳酸钾( k 2 c 0 3 ) 浓度由2 8 。7 8 提高到2 9 。4 5 ，二乙醇胺( d e a ) 浓度由1 7 3 提高到1 9 3 ，但加剧了碳酸氢钾对设备的腐蚀，由此引伸出需 要调整提高五氧化二钒浓度，以防止设备钝化膜被破坏的新课题； ( 2 ) 将一段炉水碳比由2 7 2 提高到2 9 2 ，以提高前端工序带入脱碳系统 的热量，维持脱碳系统的热平衡，但受冷凝液再沸器( 1 0 0 e 1 2 ) 、溶液再沸器 ( 1 0 0 e 1 3 ) 、锅炉给水工艺气换热器( 1 0 0 e 1 4 ) 换热能力的限制，水碳比提 高有限，系统负荷难以提高。况且提高一段炉1 0 0 h 1 水碳比会使1 0 0 e 1 2 、 1 0 0 e 1 3 出口温度上升，使1 0 0 t 2 塔再生热耗增加，系统运行不经济； 表l 一51 0 0 c 5 运行及停运工况工艺气物料平衡比照 项目 单位 t 1 出口t 2 出口r 3 出口 项目单位 t l 出口 运行 停运运行停运运行 停运 h 26 3 8 86 4 0 40 6 40 6 55 3 2 45 4 1 7 n 2 3 3 4 23 2 0 30 3 40 - 3 22 7 8 62 7 1 c o0 3 80 3 4|o - 3 20 2 9 o h 4 l - 7 51 4 2o 0 2o 0 21 4 61 2 c 0 2 0 0 7 40 0 99 99 91 6 7 11 6 8 7 a r0 4 90 4 5，0 4 1 o 3 8 干基 k m o l h6 0 1 8 36 1 0 2 71 2 1 6 71 2 2 9 27 2 3 5 17 3 3 1 8 水k i t i o l h6 47 6 31 3 4 4 51 5 9 3 52 2 7 8 92 4 6 1 1 湿基 k 1 t i o l h6 0 8 2 36 1 7 92 5 6 1 22 8 2 2 79 5 1 49 7 9 2 9 总量 k - e , h 6 8 8 5 86 7 2 1 67 7 3 3 68 2 2 8 31 6 1 8 6 91 6 5 4 0 3 总体积 m 3 h 1 3 6 2 4 41 3 8 4 1 05 7 3 7 16 3 2 2 92 1 3 1 1 42 1 9 3 6 1 平均分子量 1 1 3 2 1 0 8 8 3 0 22 9 1 51 7 o l1 6 8 9 温度 o c 6 9 3 7 4 11 0 0 11 0 2 12 3 3 2 2 3 l 6 压力 m p a ( g ) 2 7 8 2 8 7 0 0 9 0 50 0 9 1 32 8 42 9 3 四川大学工程硕士学位论文 ( 3 ) 提高液体喷淋密度，加大溶液循环量，溶液流量由8 9 4 6 m 3 h 提为 9 1 8 2 m 3 h ，以提高因贫液浓度降低而下降的溶液吸收能力，但系统热量损失 增加，进一步影响热平衡： ( 4 ) 提高吸收塔塔顶操作压力，将系统压力从2 7 8 m p a 提高至2 8 7 m p a ， 以加快二氧化碳吸收速度，虽利于二氧化碳的吸收，但随之而来的副作用十 分明显一一降低了解吸推动力，造成再生热耗上升。而且当压力超过2 8 5 m p a 后，c 0 2 吸收速度基本不变，失去推动c 0 2 吸收的作用。 对不同工况下脱碳工艺运行进行物料平衡，以观察苯菲尔蒸汽压缩机停 运对系统物料平衡的影响，相关数据见表1 5 。 可见，1 0 0 c 5 停运对系统影响较大，采取补救措施虽然能解决一定问题， 提高系统工艺负荷，但并不经济、合理，尤其是由于溶液转化度及温度升高 加剧了设备的腐蚀问题及再生热量浪费较大问题最为致命。2 0 0 4 年9 月装置 工厂系统大检修时，意外发现1 0 0 t 1 塔下段严重腐蚀。由于准备不足，工厂 被采取紧急措施，对腐蚀极为严重的部位( 局部腐蚀厚度达4 3 m m ，而胴体 厚度只有5 1 r a m ) 临时处理，并作为重大运行隐患进行重点监控，决定2 0 0 5 年大修时全面处理，为此工厂遭受了巨大的损失。而1 0 0 t 1 塔产生严重腐蚀 的原因之一。很大可能是1 0 0 c 5 长期停运使然。因此，恢复1 0 0 c 5 运行，且 改善其运行性能，提高设备运转率，延长其转子使用寿命十分必要。 四1 1 大学t 程硕士学位论史 第二章苯菲尔蒸汽压缩机运行性能分析 2 1 气体热力学分析 1 0 0 c 5 苯菲尔蒸汽离心压缩机压缩的工艺介质是9 6 的蒸汽和4 c 氧化 碳( 体积百分比) 混合而成的混合气，习惯上称作苯菲尔蒸汽，其性能见表 2 。l 。苯菲尔蒸汽在压缩机中的流动很复杂，是三维的周期性的不稳定流动。 为简化计算，可假设气体流动沿流道每一个截面气动参数是相同的，用平均 值表示也就是用一维流动来处理，同时认为平均后气体流动是定常流动。 苯菲尔混合气组成见表2 1 。 表2 - 1 压缩机压缩介质性能表 l组分分子式l 混台气蒸汽 |蒸汽h 2 09 6 1 0 0 l 二氧化碳c 0 24 ， 合计 1 0 01 0 0 1分子量1 9 0 5 5 1 8 0 1 5 查蒸汽及二氧化碳气体热力特性列入表2 - 2 ，分别计算出苯菲尔混合气体 对应特性，一并列入表2 - 2 中。 表2 2 气体热力特性 气体蒸汽二氧化碳苯菲尔蒸气 化学分子式h 扣c 0 2 h 2 0 + c 0 2 l相对分子质量 1 80 24 4 0 11 9 0 5 5 | 气体常数( j k g k ) 4 6 141 8 8 94 3 6 3 |比热容比( 标态) 1 3 3 51 3 0 9 l3 3 4 临界温度t c 6 4 7 33 0 4 2 6 3 36 临界压力p c ( m r a ) 2 2 0 5 7 3 7 62 14 6 3 偏心园子 0 3 4 4 0 ，2 2 5 蒸汽及二氧化碳的定压比热分别为 蒸汽及二氧化碳的定压比热分别为 l o 四川大学工程硕士学位论文 第二章苯菲尔蒸汽压缩机运行性能分析 2 1 气体热力学分析 1 0 0 c 5 苯菲尔蒸汽离心压缩机压缩的工艺介质是9 6 的蒸汽和4 一- - 氧化 碳( 体积百分比) 混合而成的混合气，习惯上称作苯菲尔蒸汽，其性能见表 2 一l 。苯菲尔蒸汽在压缩机中的流动很复杂，是三维的周期性的不稳定流动。 为简化计算，可假设气体流动沿流道每一个截面气动参数是相同的，用平均 值表示，也就是用一维流动来处理，同时认为平均后气体流动是定常流动。 苯菲尔混合气组成见表2 1 。 表2 - 1 压缩机压缩介质性能表 组分分子式混合气蒸汽 蒸汽h 2 09 6 1 0 0 l 二氧化碳 c 0 2 4 ， 合计1 0 01 0 0 分子量1 9 0 5 51 8 0 1 5 查蒸汽及二氧化碳气体热力特性列入表2 2 ，分别计算出苯菲尔混合气体 对应特性，一并列入表2 2 中。 表2 - 2 气体热力特性 气体蒸汽二氧化碳苯菲尔蒸气 化学分子式 h z oc 0 2 - 1 2 0 + c 0 2 相对分子质量 1 8 0 24 4 0 1 1 9 0 5 5 气体常数( j 瓜乎k ) 4 6 1 41 8 8 94 3 6 3 比热容比( 标态) 1 3 3 51 3 0 91 3 3 4 临界温度t c 6 4 7 3 3 0 4 2 6 3 3 6 临界压力p c ( m p a ) 2 2 0 57 3 7 62 1 4 6 3 偏心园子 0 3 4 4 0 ，2 2 5 蒸汽及二氧化碳的定压比热分别为 l o 四川大学工程硕士学位论文 c 口m 0 = 7 7 0 1 + 0 4 5 9 5 x 1 0 。m 5 2 1 x 1 0 4 t 2 - - 0 8 5 9 1 0 9 t 3 c 0 2 = 4 7 2 8 + 1 7 5 4 x 1 0 一t 一2 3 3 3 x 1 0 - 6 t2 + 4 0 9 7 1 0 。9 t 3 对混合气体，其总压力p = 现，相对容积成分x = v ，辨= h + 扎= 1 。 相对摩尔成分x ，= m i m ，_ = 一+ x 2 = l 。因为在相同温度和压力下，各种 不同气体都具有相同的摩尔容积，因此对混合气体和任意一种组成气体有： v = m t v ， = m 。1 。v ， 式中，为气体分子量，m 为摩尔数，而雎= ，v ，所以： m 矿 薯2 。m2 吉2 * 由克拉伯隆状态方程得： p ，v = g m f r ，互p k = z m ，r i 互 于是 盟：导= 托= 一 ( 1 ) 苯菲尔蒸汽相当分子量： ；半= 一m 口= 1 8 0 2 x 9 6 + 4 4 0 1 x 4 = 1 9 0 5 5 ( 2 ) 苯菲尔蒸汽气体常数： 运用阿佛伽德罗定律：当气体在1 0 1 3 3 x 1 0 5 n m 2 ( p a ) 劭 2 7 3k 温度 的标准状态下l k m o l u k g 任意气体( 岸为气体分子量) 都占有2 2 4m 3 ( n ) 的容积”，由状态方程p v = m r t 得： 衅：旦兰：趔 tmt ：1 0 1 3 3 x 1 0 sx 2 2 4 ：8 3 1 4 3j ( k g i 。 2 7 3 r ：婴竺：墨坐：4 3 6 3j ( k g k ) “ 1 9 0 5 5 。 ( 3 ) 比热容比。 四川大学工程硕士学位论文 j j ：垒：丝：壁虹墨! ：1 + 丝 c ，强，弘。氍。 因为 膨，= 触，七，= 1 + 鬲z i r 故在标准状态下 拈1 + 了司+ 1 丽1 旬3 3 4 丫j ，l! 墅+ 丝 一缸一l1 3 3 5 一l1 3 0 9 一l ( 4 ) 临界压力： 见= 苁p 。；= 9 6 x 2 2 。0 5 + 4 7 3 7 6 = 2 1 4 6 3m p a ( 5 ) 临界温度： t o = z r j t o j = 9 6 x 6 4 7 3 + 4 3 0 4 2 = 6 3 3 6 k 2 1 1 叶轮进出口速度三角形 图2 1 和图2 2 是离心式压缩机1 0 0 c 5 叶轮流道示意图及进出口速度三 角形。对带有诱导轮、径向直叶片的半开式叶轮，苯菲尔气体自进气室流出， 经导叶调整气流方向，产生多旋向预旋或直流，沿轴线方向经诱导轮导流， 转9 0 。后流入叶轮工作轮扇形流道叶盆。通道进口为环形室腔，由轮毂、轮盘 及压缩机缸体围成。进气流速为c l ，轴向流入转为径向( 有预旋的方向不变) ， 叶片通道处圆周速度加由叶轮转速和直径d 1 确定，方向为切线方向( 周向) ， 按照平行四边形法则得出气流进入叶片通道的相对速度w ，( 见图2 - 1 ) 。叶轮 出口三角形作法与进口相同，运用平行四边形法则可由出口相对速度w 2 ( 径 向) 和出口圆周速度“2 ( 周向) 作出气体流出速度c 2 。 气流相对叶片通道流出时，如果叶片无穷多，则出气角皮会和叶片几何 角也a 相等，实