项目四 气体输送技术.ppt

化工单元操作 一 项目四气体输送技术 气体输送技术在工业上的应用很广泛 气体输送机械的主要目的是压缩和输送气体 如通过风机将气体由一处输送到另一处 气体最初和最终的压力不变 通过压缩机提高气体压力 通过真空泵减低气体压力 现场案例 案例识别抽风设备与通风设备 工作任务 任务识别各类气体输送设备 任务识别各类气体输送设备 输送气体的机械统称为气体压送机械 其作用与液体输送机械颇为类似 都是对流体做功 以提高流体的压力 工业生产中气体输送和压缩机械的应用 1 输送气体 2 产生高压气体 3 产生真空 气体压力变化程度常用压缩比表示 压缩比为气体排出与吸入压力 绝对压力的比值 气体输送机械通常按出口压力或压缩比的大小分类 通风机 出口表压不大于15kPa 压缩比不大于1 15 鼓风机 出口表压为10 300kPa 压缩比为1 1 4 压缩机 出口表压力大于300kPa 压缩比大于4 真空泵 用于抽出设备内的气体 排到大气 使设备产生真空 排出压力为大气压力或略高于大气压力 工艺知识 知识点1通风机 风机的分类 按工作原理分类 叶片式风机 按照气流运动 容积式风机 离心风机 轴流风机 回转式 罗茨风机 螺杆风机 往复式活塞式压缩机 1 2 3 1 离心式风机 2 轴流式风机 3 罗茨风机 4 活塞式风机 5 螺杆式风机 4 5 风机的分类 按出风口全压 压缩机 240kPa以上 通风机 风压小于15kPa 鼓风机 15kPa 240kPa 引风机 负压使用 鼓风机 正压使用 使用方式 风压分类 高压 3 0kPa 15 0kPa 中压 1 0kPa 3 0kPa 低压 小于1 0kPa 通风机主要有离心式和轴流式两种类型 轴流式通风机排风量大而风压很小 一般仅用于通风换气 而不用于气体输送 离心式风机使用广泛 下面首先介绍离心式通风机 一 离心式通风机的基本结构 风机的组成 主要由风叶 集流器 百叶窗 开窗机构 电机 皮带轮 进风罩 内框架 蜗壳等部件组成 开机时电机驱动风叶旋转 并使开窗机构打开百叶窗排风 停机时百叶窗自动关闭 一 离心式通风机的基本结构 叶轮的组成叶轮是风机的主要部件 叶轮由叶片 连接和固定叶片的前盘和后盘 轮毂组成 一 离心式通风机的基本结构 集流器的组成集流器装置在叶轮前 它使气流能均匀地充满叶轮的入口截面 并且气流通过它时的阻力损失是最小的 一 离心式通风机的基本结构 机壳风机性能的好坏 效率的高低主要决定于叶轮 但蜗壳的形状和大小 吸气口的形状等 也会对其有影响 蜗壳的作用是收集从叶轮中甩出的气体 使他流向排气口 并在这个流动的过程中使气体从叶轮处获得的动压能一部分转化为静压能 形成一定的风压 离心式通风机的工作原理 气体在离心通风机中的流动先为轴向 后转变为垂直于通风机轴的径向运动 当气体通过旋转叶轮的叶道间 由于叶片的作用 气体获得能量 即气体压力提高和动能增加 当气体获得的能量足以克服其阻力时 则可将气体输送到高处或远处 二 离心式通风机的性能参数与曲线 性能参数风量Q 风压P 转速n 功率N及效率 是表示通风机性能的主要参数 风量通风机在单位时间内所输送的气体体积称为风量 又称流量 通常指的是工作状态下的气体量 m3 h或m3 s 而在风机铭牌上有时标出的是标准状态下的风量 Nm3 h或Nm3 s 风压通风机出口气体全压与进口气体全压之差 或进 出口全压绝对值之和 称为风机的风压 也就是气体进入风机后所升高的压力 其单位为Pa 二 离心式通风机的性能参数与曲线 功率通风机在单位时间内传递给气体的能量称为风机的有效功率Ne 可用下式表示有效功率实际上 由于通风机运转时轴承内部有摩擦损失以及气体在风机内流动时产生的涡流撞击和流动损失 使通风机消耗在风机轴上的功率 轴功率 N要大于有效功率Ne 轴功率 通风机的效率 就是风机的有效功率与消耗在风机轴上的功率之比 即转速转速指通风机叶轮每分钟旋转的次数 其值通常由转数表直接测得 转速的快慢将直接影响通风机的风量 压力 效率 二 离心式通风机的性能参数与曲线 性能曲线将通风机的主要性能参数 如风压P 功率N和效率 与其风量Q的相互关系绘制成曲线 称为通风机的特性曲线 或称性能曲线 个体特性曲线等 通风机的特性曲线一般有三条 即风压与风量 P Q 特性曲线功率与风量 N Q 特性曲线效率与风量 Q 特性曲线 三 离心式通风机的调节 调节是为了改变通风机的风量 以满足实际工作的需要 故通风机的调节又称风量调节 改变通风机的风量 即要改变工况点 工况点是通风机性能曲线与管网性能曲线的交点 那末 无论是改变通风机的压力曲线或是管网性能曲线都可以实现通风机的调节 三 离心式通风机的调节 调节方法改变管网性能曲线改变通风机特性曲线的调节 三 离心式通风机的调节 改变管网性能曲线在通风机的吸气管或排气管上设置节流阀或风门来控制流量的方法就是改变管网性能曲线的调节法 改变通风机特性曲线的调节调节通风机的转速改变风机的叶轮直径改变叶片安装角 三 离心式通风机的调节 调节通风机的转速必须指出的是 转速变化时 性能变化的规律虽是按上式计算 但是实际风量不一定服从这个比例而变化 三 离心式通风机的调节 改变风机的叶轮直径改变风机叶轮直径的调节方法 也就是更换不同机号的风机 使其风机特性曲线改变 达到改变实际工况点 调节风量的目的 改变叶片安装角当通风机风量一定时 安装角越大 风压值也越大 当风压一定时 安装角越大 风量也越大 因此 可增大或减小通风机叶片安装角 改变通风机的工况点 达到调节风量 风压的目的 另外 对于通风机的调节还可以对其本身的结构进行改变 如在进风中加导流器或改变导流器叶片安装角度 改变叶轮叶片宽度等 使风机参数有所改变 以达到风量调节的目的 四 轴流式通风机 轴流式通风机的工作原理气沿轴向流动的通风机称为轴流式通风机 一般通风机的结构如图6 3所示 主要由集风器 叶轮 导叶和扩散器等组成 叶轮安装在圆筒形机壳中 电动机与叶轮直接联接 图6 3轴流通风机结构简图 集风器 叶轮 导叶 4 扩散 由于风机叶轮的叶片具有一定的斜面形状 当叶轮在机壳中高速转动时 使叶轮周围气体一面随叶轮旋转 一面沿轴向推进 气体在通过叶轮时获得能量 压力升高 进入扩散管后一部分轴向气流的动能转变为静压能 最后以一定的压力从扩散管流出 轴流式通风机和离心式通风机的比较风流方向 离心式通风机中的空气沿轮的轴向进径向出 轴流式通风机中的空气沿轮的轴向进轴向处 结构方面 轴流式风机比旧式离心风机结构尺寸小 质量轻 与新型离心式风机相比差不多 轴流式风机结构复杂 维修较困难 轴流式风机噪声大 需安装消声措施 效率方面 离心式风机最高效率比轴流式高 但平均效率低于轴流式 通风调节方面 轴流式风机调节方法多 经济性好 离心式较差 特性方面 轴流式通风机特性曲线陡 适用于阻力变化大而风量变化不大的窗锁 离心式则相反 启动方式 轴流式风机启动时可以关闭出口闸门也可不关 启动负荷变化不大 离心式风机必须关闭出口启动 以减小启动负荷 知识点2鼓风机 一 离心式鼓风机 通过高速旋转的叶轮对气体作用 使气体获得能量 从低压气体变为高压气体 离心式鼓风机一般是由几个叶轮在一个壳内串联组成多级离心鼓风机 每一个叶轮就是鼓风机的一个级 这样不仅设备紧凑 而且提高了效率 离心式鼓风机风量大 风压不高 出口压力一般小于300KPa 压缩比小于4 离心式鼓风机的结构 图为一台五级离心鼓风机的示意图 气体由吸入口进入后 经过第一级的叶轮和导轮 然后转入第二级叶轮入口 再依次逐级通过以后的叶轮和导轮 最后由排气口排出 二 旋转鼓风机 罗茨风机属容积式风机 叶轮端面 风机前后端盖 原理是利用两个叶形转子在气缸内作相对运动来压缩和输送气体的回转压缩机 这种鼓风机结构简单 制造方便 适用于低压力场合的气体输送和加压 可用作真空泵 结构组成罗茨风机由 机壳 盖板 叶轮 进出口消声器等4大部分组成 机壳 主要用来支撑墙板 叶轮 消声器和固定的作用 盖板 主要用来连接机壳与叶轮 并支撑叶轮的旋转 以及起到端面密封的效果 叶轮 是罗茨风机的旋转部分 分两叶和三叶 但由于三叶的比两叶的出气脉动小 噪声小 运转平稳等很多优点 已逐渐代替两叶罗茨风机 消声器 用减小罗茨风机的进 出由于气流脉动产生的噪音 转子 是罗茨风机的旋转部分 分两叶和三叶 但由于三叶的比两叶的出气脉动小 噪声小 运转平稳等很多优点 已逐渐代替两叶罗茨风机 齿轮 罗茨风机机壳内两叶转子的转动是靠各自的齿轮啮合同步传递转矩的 所以其齿轮也叫 同步齿轮 同步齿轮既作传动 又有叶轮定位作用 同步齿轮又分为主动轮和从动轮 主动轮一端与联轴器或皮带轮连接 工作原理 当罗茨鼓风机运转时 气体进入由两个转子和机壳围成的空间内 与此同时 先前进入的气体由一个转子和机壳围在空间处 此时空间内的混合气体仅仅被围住 而没有被压缩或膨胀 随着转子的转动 转子顶部到达排气的边缘时 由于压差作用 排气口处的气体将扩散到围住的空间处 随着转子的进一步转动 空间内的混合气体将被送至排气口 转子连续不断的运转更多的气体将被送至排气口 知识点3压缩机 压缩机的类型按工作原理分类 活塞式压缩机 膜式压缩机 滑片式空压机可以365天连续运转并保证60000小时以上安全运转的空气压缩机最长的使用寿命 低转速 1460RPM 动件少 轴承与滑片 润滑油在机件间形成保护膜 防止磨损及泄漏 使空压机能够安静有效运作 平时有按规定做例行保养的JAGUAR滑片式空压机 至今使用十万小时以上 依然完好如初 按十万小时相当于每日以十小时运作计算 可长达33年之久 因此 将滑片式空压机比喻为一部终身机器实不为过 1 转子及机壳间成为压缩空间 当转子开始转动时 空气由机体进气端进入3 转子不断转动 气密范围变小 空气被压缩 1 进气2 开始压缩3 压缩中4 排气 2 转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围 同时停止进气4 被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内 螺杆式压缩机螺杆式气体压缩机是世界上最先进 紧凑型 坚实 运行平稳 噪音低 是值得信赖的气体压缩机 1 进气2 开始压缩3 压缩中4 排气 1 凸凹转子及机壳间成为压缩空间 当转子开始转动时 空气由机体进气端进入3 转子不断转动 气密范围变小 空气被压缩 2 转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围 同时停止进气4 被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内 涡旋式压缩机涡旋式压缩机是20世纪90年代末期开发并问世的高科技压缩机 由于结构简单 零件少 效率高 可靠性好 尤其是其低噪声 长寿命等诸方面大大优于其它型式的压缩机 已经得到压缩机行业的关注和公认 被誉为 环保型压缩机 由于涡旋式压缩机的独特设计 使其成为当今世界最节能压缩机涡旋式压缩机主要运动件涡盘 只有磨合没有磨损 因而寿命更长 被誉为 免维修压缩机 由于涡旋式压缩机运行平稳 振动小 工作环境安静 又被誉为 超静压缩机 离心式压缩机 轴流式压缩机 轴流式压缩机 按用途分类以被压缩气体的名称分类 氢气压缩机 石油气压缩机 空气压缩机等以压缩机在工艺过程中的作用分类 循环压缩机 冰机等 各类压缩机的适用范围活塞式压缩机在高压 超高压领域具有不可替代的优势离心式压缩机特别式合于大型石油化工生产回转式压缩机适合于小中排气量的场合使用 一 往复式压缩机 机身 工作原理 往复式压缩机通过曲轴连杆机构将曲轴旋转运动转化为活塞往复运动 当曲轴旋转时 通过连杆的传动 驱动活塞做往复运动 由气缸内壁 气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化 曲轴旋转一周 活塞往复一次 气缸内相继实现进气 压缩 排气的过程 即完成一个工作循环 2020 3 21 往复压缩机 72 第二节活塞式压缩机 活塞式空压机的结构及工作原理膨胀 当活塞向下移动时 气缸的容积增大 压力下降 原先存留在气缸中的气体 因余隙容积存在 不断膨胀 吸入 当气缸内压力降到稍小于进气管中的气体压力 进气管中的气体便顶开吸气阀片进入气缸内 随着活塞的继续下移 气体不断进入缸内直至活塞下移到最低点 又称内止点 为止 压缩 当活塞从内止点向上移动时 气缸内容积逐渐缩小 即开始将气缸内气体进行压缩 由于吸气阀有止逆作用 放气缸内气体不能倒流向进气管中 排气管中的气体压力在此时仍高于缸内气体压力 所以气缸内气体也无法顶开排气阀片 又由于排气阀也有止逆作用 故排气管中的气体也不能进入气缸内 当活塞继续上移时 气缸内容积进一步缩小 使缸内气体压力不断升高 排出 随着活塞继续上移 当气缸内气体压力升高至稍大于排气管中的气体压力时 缸内气体便顶开排气阀片进入排气管中 并不断排出 直至活塞移到最上端 又称外止点 为止 然后活塞又开始向下移动 重复上述动作 活塞在气缸内连续不断地往复运动 便气缸循环地吸入和排出气体 活塞的每一次来回称为一个工作循环 活塞从内止点移至外止点的距离叫做活塞行程 工作循环4 1 2 34 1吸气过程气体从吸气阀进入气缸 并充满整个容积 1 2压缩过程吸气阀关闭 气体被压缩而压力升高 2 3排气过程排气阀被迫打开 气体从排气阀排出 上图所示是双作用气缸简图 双作用气缸两端都安装有吸气阀和排气阀 其工作过程与作用相同 所不同之处只是在同一时间内 无论活塞向上向下移动都能同时吸入和排出气体 活塞式空气压缩机的外形 理论工作循环 为了更好地理解活塞压缩机的工作原理 这里重点介绍理论工作循环 假定压缩机没有余隙容积 没有吸 排气阻力 没有热量交换 则压缩机工作时 汽缸内的压力和容积的关系如下图所示 压缩机的理论工作过程可以简化成下图示的三个热力过程 2020 3 21 往复压缩机 80 理论工作循环 吸气 活塞自0点移至1点 吸气阀打开 气体在P1压力下进入气缸 压缩 活塞自1点移至2点 吸排气阀均关闭 此过程为多变压缩过程 气缸内的气体压力升至P2 排气 活塞从2点移至3点 压力为P2的气体等压排出气缸 过程0 1 2 3 0构成了压缩机的理论工作循环 压缩机完成一个理论循环所消耗的功即为图中0 1 2 3 0所代表的面积 2020 3 21 往复压缩机 81 气量调节方式 2020 3 21 往复压缩机 82 卸荷器调节旁通调节变转速调节 余隙腔调节 3 6 4 压缩机故障原因分析 压缩机操作人员的维护职责主要是按工艺规定指标严格操作 保持各摩擦部件有良好的润滑和冷却条件 根据运转情况 及时发现和判断故障所在 与有关人员迅速联系加以处理 分析步骤 1 从整体看 介质 工况参数 气 水 油三大流程 2 从局部看 气阀 活塞环 填料是否有泄漏安装问题 材料变性 2020 3 21 往复压缩机 83 压缩机产生撞击声的原因 活塞在活塞杆上松动缸内进水 或液 或者进入杂物 颗粒较大的 直径大小超过余隙尺寸的 余隙容积太小或活塞松动造成的过大气缸套松动或损坏 2020 3 21 往复压缩机 84 气缸体发热的原因 冷却水供应不足 冷却水管道堵塞 供水中断 活塞工作面不光滑 与气缸间隙不均匀 排气阀不严密 导致气体循环而升温 造成气缸发热 2020 3 21 往复压缩机 85 填料函发热 填料与活塞杆配合间隙不合适 装配时产生偏差 填料函冷却水供应不足或供水中断 冷却水道污垢太厚或者供油不足 2020 3 21 往复压缩机 86 过热故障 在曲轴和轴承 十字头与滑板 填料与活塞杆等摩擦处 温度超过规定的数值称之为过热 过热所带来的后果 一个是加快磨擦副间的磨损 二是过热量的热不断积聚直致烧毁磨擦面以及烧抱而造成机器重大的事故 造成轴承过热的原因主要有 轴承与轴颈贴合不均匀或接触面积过小 轴承偏斜曲轴弯曲 扭 润滑油粘度太小 油路堵塞 油泵有故障造成断油等 安装时没有找平 没有找好间隙 主轴与电机轴没有找正 两轴有倾斜等 2020 3 21 往复压缩机 87 排气温度不正常 排气温度不正常是指其高于设计值 影响排气温度增高的因素有 进气温度 压力比 以及压缩指数 对于空气压缩指数K 1 4 影响到吸气温度高的因素如 中间冷却效率低 或者中冷器内水垢结多影响到换热 则后面级的吸气温度必然要高 排气温度也会高 气阀漏气 活塞环漏气 不仅影响到排气温度升高 而且也会使级间压力变化 只要压力比高于正常值就会使排气温度升高 此外 水冷式机器 缺水或水量不足均会使排气温度升高 排气阀泄漏 入口过滤器堵塞 吸入气体温度超过规定值 吸入阀泄漏 气缸或冷却效果差 2020 3 21 往复压缩机 88 气缸内和运动部件有异常声响 阀片断裂或弹簧断裂 阀体压紧筒破裂或松动 气缸余隙容积太小 气缸中积聚液体 气缸中异物 气缸缸套松动或断裂 活塞或活塞环严重磨损 活塞紧固螺母松动或活塞杆断裂 连杆螺栓 轴承压盖螺栓 十字头螺母松动或断裂 主轴承 连杆大小头轴承 十字头滑道间隙过大 十字头螺栓松动或断裂 各轴承紧力太小或无紧力 曲轴靠背轮与轴的配合 与联轴节配合松驰 2020 3 21 往复压缩机 89 管路发生不正常的振动 管卡太松或断裂 支撑刚性不够 管架或吊架不牢 管路系统产生气柱共振或管路机械共振 2020 3 21 往复压缩机 90 油泵出口压力低或无压力 吸入管法兰或接头漏 吸入空气 油泵壳体或轴封有泄漏 吸入阀有故障或油管堵塞 油箱内油位太低 油过滤器太脏有堵塞 油泵驱动机转速下降 安全阀有故障 2020 3 21 往复压缩机 91 油温升高 油冷器供水不足 油冷却器结垢 润滑油变质 机器运转不正常 运动部件摩擦增大 2020 3 21 往复压缩机 92 压缩机排气压力低 活塞环漏气 气阀漏气 2020 3 21 往复压缩机 93 排气量达不到设计要求 气阀泄漏 活塞环严重磨损或断裂 填料漏气 卸荷阀故障 气缸余隙容积过大 2020 3 21 往复压缩机 94 离心式压缩机离心式压缩机的结构及性能参数工作原理 与离心泵相同优点 排气量大 机组占地面积小 没有气阀 填料及活塞环等易损件 连续运转时间长 机器利用率高 操作维护费用低 气缸内也不需加润滑油 不污染被压缩的气体 机器转速高 适宜采用汽轮机 烟气轮机直接驱动 使生产中产生的蒸汽 烟气等副产品得以利用 降低生产成本等优点缺点 气量调节的经济性较差 偏离设计流量时效率较低 总体上效率也不如活塞式压缩机高 小流量 高压缩比的离心式压缩机制造有难度 离心式压缩机的构造 由转子和定子两大部分组成 级 一个叶轮以及与其相配套的固定元件 它是组成气体升压的基本单元 段 气体经过几级压缩后引入中间冷却器进行冷却 将由中间冷却器隔开的连续的几个级称为压缩机的一个段 缸 一个或几个段装在同一个机壳内称为压缩机的一个缸 列 用联轴器将几个缸串联在一起称为压缩机的一个列 离心式压缩机的性能参数排气压力 压缩机出口处的绝对压力 排气量 单位时间内从最后一级排气管排出的气体量换算到第一级进气状态下的体积功率压缩机的内功率为单位时间的总耗功压缩机总耗功 压缩气体耗功 内泄漏耗功 叶轮旋转时与周围气体磨擦耗功压缩机的轴功率 压缩机的内功率 轴承等处的机械运动磨擦耗功率效率 提高气体压力所消耗的功率与轴功率的比值称为压缩机的总效率 它是衡量压缩机性能优劣的重要指标 离心式压缩机的工况点和流量调节气体流量和排出压力稳定必须具备的两个条压缩机的排气量等于管网的进气量压缩机提供的压力等于管网需要的压力即 离心式压缩机的工况点是压缩机性能曲线和管网特性曲线的交点 压缩机喘振现象压缩机出现周期性的吼声及整个机器的强烈振动后果破坏轴承和密封严重时发生转子与固定元件相互碰擦造成恶性事故原因分析正常运转是来气量突然降低引气量较低时出口压力偏高处理方法入口补充气量 减少二级出口压力出口气体放空 合成工段保持工况稳定具体措施使部分空气放空使部分气体回流使压缩机与供气系统脱开 离心式压缩机的阻塞原因分析 流量超过最大流量 使阻力损失增大 从而用于提高气体压力的能量降低 气体的排出压很小 离心式压缩机的流量调节出口节流调节 调节安装在压缩机排气管阀门上的开度进口节流调节 调节安装在压缩机进气管上阀门的开度改变压缩机的转速调节 使其性能曲线发生变化 从而达到改变工作点的位置以实现调节流量的目的 知识点4真空泵 真空泵 真空泵的一般特点真空泵就是从真空容器中抽气 一般在大气压下排气的输送机械 由于吸入气体的密度很低 要求真空泵的体积必须足够大 压缩比很高 所以余隙对压缩比的影响很大 真空泵的主要性能参数极限剩余压力 真空泵所能达到的最低压力抽气速率 单位时间内真空泵在极限剩余压力下所吸入的气体体积 即真空泵的生产能力 真空泵的分类往复