董金國

（貴州開陽化工有限公司，貴州 開陽 550300）

貴州開陽化工有限公司氨壓縮機為沈陽鼓風(fēng)機廠產(chǎn)品，主要由 MCL907與2MCL907離心壓縮機、驅(qū)動汽輪機、氣體冷卻器及潤滑油站等組成。壓縮機由三段十四級組成，軸端密封采用干氣密封。原動機為杭州中能汽輪機廠產(chǎn)品，壓縮機與汽輪機之間采用膜片聯(lián)軸器聯(lián)接。

壓縮機參數(shù)如下：

型號 MCL907＆2MCL907

吸入溫度 －33℃

進口流量 51437m3／h

吸入壓力 0.068MPa（絕壓，下同）

排出壓力 1.697MPa

軸功率 7934kW

主軸轉(zhuǎn)速 5833r／min（正常）

汽輪機技術(shù)參數(shù)：

型號 N50／01

進汽溫度 400℃

進汽流量 42000kg／h（額定）

進汽壓力 3.6MPa

排汽壓力 0.017MPa

額定功率 9702kW

額定轉(zhuǎn)速 5936r／min

壓縮機工藝氣流程如圖1所示。

從凈化界區(qū)來的氣氨（0.068MPa、溫度－33℃、流量51437m3／h）進入一級入口分離器分離，氣氨進入壓縮機的一段壓縮。出一段壓力升至0.407MPa，經(jīng)一段出口冷卻器冷卻后與閃蒸分離罐來的閃蒸氣（壓力0.4MPa、溫度－2℃、流量7892m3／h）混合后進入二段壓縮，壓力升至0.76MPa，再經(jīng)二段出口冷卻器冷卻至40℃進入三段壓縮，壓力升至1.697MPa。最后經(jīng)三段冷卻器冷卻，再進入冷凝器冷凝，大部分氣氨被冷凝成液氨，進入液氨貯罐。液氨再經(jīng)減壓閥減壓閃蒸后，進入省功器，從省功器出來的液氨溫度為－2℃、壓力為0.4MPa，送往凈化界區(qū)，閃蒸后的氣氨送至閃蒸分離罐。

壓縮機安裝后由于沒有液氨，考慮采用空氣試車。兩種工作介質(zhì)物性參數(shù)比較如表1。

表1 物性參數(shù)對比

圖1 壓縮機工藝氣流程圖

由于分子量和多變指數(shù)的不同，造成排氣溫度和排氣壓力也不同。要保證這兩項指標(biāo)在可接受的范圍內(nèi)，就要對整個壓縮過程進行分析。為此，我們進行認真研究，確認過程如下。

1 空氣壓縮后會不會產(chǎn)生冷凝水

空氣壓縮后，一方面由于總壓升高，空氣中的水蒸氣分壓隨之升高，若水蒸氣分壓達到相應(yīng)溫度下的飽和蒸汽壓，將會有水分析出，危及壓縮機的安全運行。另一方面，空氣在壓縮過程中，溫度也會升高，水的飽和蒸汽壓也會升高，水的蒸發(fā)趨勢顯著。最終會不會產(chǎn)生冷凝水，可通過下式計算確定：

式中：

ΔT實際——壓縮后氣體溫度，K；

T1——進氣溫度，K；

p1——進氣壓力，kPa；

p2——排氣壓力，kPa；

ηis——多變效率，取0.8；

k——多變指數(shù)。

取貴州當(dāng)?shù)卮髿鈮?7.5kPa，空氣溫度5℃，飽和水蒸氣分壓為0.8725kPa，相對濕度經(jīng)檢測為90%，則空氣中水蒸氣實際分壓為0.7852kPa，空氣中水蒸氣含量為0.9%，其余組分N278%，O221.1%?？諝鈮嚎s前后的溫度壓力變化如表2。

表2 空氣壓縮前后的溫度壓力

從以上計算結(jié)果來看，隨著排氣壓力的升高，排氣的露點溫度也在升高，但升高的幅度遠遠低于排氣溫度升高幅度，也就是排氣的水蒸氣飽和度越來越低，水凝結(jié)的可能性越來越小?？諝庵械乃粫趬嚎s機內(nèi)冷凝。

隨著壓縮過程的進行，排氣溫度也在升高。從表2可以看出，當(dāng)排氣壓力達到300kPa時，排氣溫度已達146℃。一段壓縮排氣壓力可控制在280kPa，以防止排氣溫度過高造成事故。

一段排氣進入一段水冷器，應(yīng)控制冷卻后的氣體溫度不低于22℃，以免形成液態(tài)冷凝水進入二段壓縮。試車過程中可以控制循環(huán)水量，來保證冷卻后溫度。因為在一段水冷器后沒有水分離器，冷凝水只能通過導(dǎo)淋排出，如果排放不及時，會對壓縮機二段有所損害。

二段從0.28MPa、30℃開始壓縮，相應(yīng)的機內(nèi)溫度與對應(yīng)的飽和溫度如表3。

表3 二段壓力、溫度及對應(yīng)的飽和溫度

壓縮機二段出口氣體經(jīng)二段冷卻器后，入水分離器，分離掉冷凝水后，進入三段壓縮。由于二段出口氣體在排氣壓力下露點已達30℃，而且由于循環(huán)水溫度較低，出二段冷卻器后的氣體已含有液態(tài)冷凝水，經(jīng)過分離器后，即使把生成的冷凝水全部分離掉，也必然是飽和了水蒸氣的空氣，在機內(nèi)也有冷凝的可能，可以通過計算確認這種可能性，見表4。

表4 三段壓力、溫度及對應(yīng)的飽和溫度

結(jié)果同樣表明，隨著壓縮的進行，氣體越來越遠離飽和溫度。

上述計算表明，當(dāng)?shù)貧鈮?7.5kPa，溫度5℃、相對濕度90%的空氣在壓縮過程中不會產(chǎn)生冷凝水，在這一點上，可以說，壓縮空氣是安全的。

2 排氣溫度的限制

空氣的主要成分為N2、O2，均為雙原子氣體，而正常運行的工質(zhì)為氣氨，是四原子氣體，兩者之間的絕熱壓縮指數(shù)相差較大。設(shè)計工況下，氨氣在壓縮過程中的參數(shù)變化如表5。

表5 氨在壓縮過程中的參數(shù)變化

當(dāng)?shù)卮髿鈮?.0875MPa，如果同樣壓縮到0.407MPa，那么壓縮后的溫度將達到190℃，這顯然是不允許的。要避免一段壓縮出口溫度過高，必須降低排氣壓力。通過計算，排氣壓力降到0.3MPa時，排氣溫度可降低到146℃，基本滿足要求。

計算要達到0.3MPa出口壓力，所需的多變能量頭。

式中：

hp——多變能量頭；

從錢幣之路形成的背景和條件來看，錢幣的流動乃是中外經(jīng)濟文化交流的產(chǎn)物。錢幣主要是伴隨著中外經(jīng)濟貿(mào)易關(guān)系的發(fā)展而作為國際貨幣流動到異國的，并在異國繼續(xù)作為貨幣流通。如中國宋代銅錢在日本和東南亞就曾經(jīng)作為主要貨幣在其國內(nèi)流通使用。又如波斯薩珊王朝的銀幣和拜占庭金幣，既是中亞一帶的國際貨幣，又曾經(jīng)在我國西北部分區(qū)域作貨幣使用。再如東南亞、南亞貝幣，也曾在我國云南作為主要貨幣流通過。

m——多變指數(shù)；

T——吸氣溫度；

M——分子量；

pd——排氣壓力；

ps——吸氣壓力。

在設(shè)計工況下，被壓縮介質(zhì)為氣氨，在低壓段壓縮，各參數(shù)如下：

m＝1.3

T＝240K

pd＝0.407

ps＝0.068

M＝17

將上述數(shù)值代入（2）式中，得到

hp＝26610N·m／kg

根據(jù)（2）式計算空氣從0.0875MPa、5℃壓縮到0.30MPa，需要的多變能量頭為12012N·m／kg。又因為對于壓縮機來說，多變能量頭與葉輪轉(zhuǎn)速的平方成正比，如下式：

式中：

h——壓縮機能量頭，N·m／kg；

ψ——常數(shù)，0.45～0.68；

U——壓縮機葉輪輪周速度，m／s；

g——重力加速度，kg·m／s2。

從（3）式可得：

壓縮機的輪周速度與轉(zhuǎn)速成正比。又因為在正常工況下，氨壓縮機的轉(zhuǎn)速為5833r／min，所以壓縮空氣所需要的轉(zhuǎn)速可根據(jù)（4）式計算得到，為3920r／min。

由于汽輪機與壓縮機各段采用直聯(lián)的方式，沒有增速箱，因此三段壓縮都只能采取同一轉(zhuǎn)速，以最低轉(zhuǎn)速運行。

二段壓縮進口壓力假定為0.28MPa（考慮一段排氣溫度限制和管路阻力），又知道氨壓縮機二段的多變能量頭在正常工況下為11253N·m／kg，根據(jù)（3）式，壓縮機的多變能量頭在3920r／min時只能達到5079N·m／kg。根據(jù)公式（2）以3920r／min轉(zhuǎn)速運行，在壓縮空氣時，進口壓力為0.28MPa的情況下，反算二段出口壓力pd＝0.48MPa。排氣溫度97℃。

三段壓縮進口壓力假定為0.45MPa（考慮管路阻力），又知道氨壓縮機三段在正常工況時的多變能量頭為13880N·m／kg，在3920r／min時只能達到6266N·m／kg，根據(jù)公式（2）反算，得pd＝0.86MPa。排氣溫度112℃。

由以上計算及分析結(jié)果來看，壓縮機控制在3920r／min，可以保證各段排氣溫度不超標(biāo)。

根據(jù)壓縮機使用說明書，低壓缸的一階臨界轉(zhuǎn)速為2571r／min，二階臨界轉(zhuǎn)速為8039r／min；中壓缸和高壓缸一階臨界轉(zhuǎn)速為3478r／min，二階臨界轉(zhuǎn)速為12847r／min。

壓縮機運行在3920r／min，與臨界轉(zhuǎn)速有足夠的安全距離。

3 所需軸功率

總能量頭為三段能量頭之和，經(jīng)計算約23000N·m／kg，又因為

式中：

G——某工況時的質(zhì)量流量，kg／h；

n——某工況下的轉(zhuǎn)速，r／min；

n0——原工況時的轉(zhuǎn)速，r／min；

γ入——某工況時介質(zhì)密度，kg／m3；

γ入0——原工況時介質(zhì)密度，kg／m3；

G0——原工況時質(zhì)量流量，kg／h。

上式表明，在變工況情況下，壓縮機的質(zhì)量流量與轉(zhuǎn)速成正比，與介質(zhì)密度成正比。由于本壓縮機為三段串聯(lián)，各段流量相等，計算第一段流量即可。

n＝3920r／min

n0＝5833r／min

γ入＝1.18kg／m3

γ入0＝0.51kg／m3

G0＝45000kg／h

代入（5）式，得

G＝60809kg／h

軸功率計算公式如下：

將h＝23000N·m／kg，G＝60809kg／h，η＝0.8代入（6）式，得N＝5020kW。而汽輪機最大功率為8078kW，可以滿足要求。

4 防喘振控制

喘振本質(zhì)上是因為進入壓縮機的流量不足以使壓縮機產(chǎn)生足夠的壓力，以至于外部系統(tǒng)（外部管路）的壓力大于壓縮機內(nèi)部的壓力，導(dǎo)致壓縮機出口止逆閥關(guān)閉，這時，壓縮機沒有輸出，空氣在壓縮機內(nèi)部積累，壓力不斷增加，直到積蓄的壓力大于外部系統(tǒng)的壓力時，壓縮機內(nèi)部壓力沖開逆止閥排出。氣體排出后由于沒有足夠的氣體使壓縮機維持連續(xù)的輸出，壓縮機內(nèi)部壓力下降，逆止閥關(guān)閉，空氣重新在空壓機內(nèi)部積累，直到積累的壓力足夠時，再次排出。如此反復(fù)，導(dǎo)致輸出的壓力和電機負荷劇烈波動、止逆閥頻繁動作，機器發(fā)出異常的聲音，這種現(xiàn)象就叫喘振。

從以上分析來看，喘振是由于壓縮機排氣壓力和管網(wǎng)背壓相對大小交替變化。如果壓縮機出口直接排空，那么排氣壓力始終大于管網(wǎng)背壓，壓縮機就不會發(fā)生喘振。但這時要注意防止阻塞工況的出現(xiàn)。在空負荷試車后，可以把氨壓縮機三段進出口管道都拆開，各段不再串聯(lián)，分別吸氣和排氣，進行部分負荷試車。

部分負荷試車后，可將各段壓縮機進出口管道連接，進行帶負荷試車，此時各段防喘振控制回路投入使用。在此之前，須聯(lián)系制造廠提供空氣工況防喘振控制曲線。

可變轉(zhuǎn)速壓縮機的基本喘振特性如下：

上式表明壓縮機的喘振流量與轉(zhuǎn)速成正比，即轉(zhuǎn)速越高，喘振流量越大。如果制造廠不能提供空氣試車特性曲線，也可以通過喘振試驗根據(jù)（7）式來計算確定轉(zhuǎn)速和喘振流量的關(guān)系，或者通過（8）式確定喘振條件下壓縮比和轉(zhuǎn)速的關(guān)系

式中，H＝p2／p1，即壓縮比

從而制定出空氣試車情況下防喘振的控制方案。

由于空氣開車，將壓縮機入口管短節(jié)卸掉，通過入口過濾器吸入空氣，因此有充足的氣量保證，喘振的危險性和正常生產(chǎn)相比并沒有增加。

5 試車時的密封問題

空氣試車時，軸端密封可采用試車密封。試車密封為迷宮式密封，試車時通入隔離氣防止?jié)櫥瓦M入壓縮機。隔離氣采用普通壓縮空氣即可。

6 結(jié) 語

通過以上分析可知，我公司MCL907＋2MCL907離心式氨壓縮機用空氣試車是完全可行的，但試車過程中除正常的監(jiān)控外，還要特別注意轉(zhuǎn)速、排氣溫度等參數(shù)。由于各段壓縮后只有冷卻器，沒有分離器，所以要控制出冷卻器的氣體溫度高于露點。為了壓縮機的運行安全，除了控制冷卻溫度外，還要加強導(dǎo)淋冷凝水排放。

上述分析僅針對工質(zhì)改變對操作的影響。實際試車過程中，有關(guān)汽輪機驅(qū)動離心壓縮機其他操作注意事項同樣要遵照執(zhí)行。

只要做好了試車的各項技術(shù)準(zhǔn)備，用空氣代替氨氣進行試車是可行的。

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