空分简介及离心式压缩机剖析课件.ppt

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1、,空分装置及配套设备简介,齐光辉,锅炉蒸汽,膨 胀 机增 压 端,高压板式换热器,冷却器,冷却器,凝汽器及凝结水泵,蒸汽轮机,空气压缩机,空气过滤器,空冷塔、分子筛,低压板式换热器,空气增压机,内压缩空分工艺流程图,内压缩空分流程示意图,仪表空气,高压板式换热器,膨 胀 机膨 胀 端,下塔,锅炉,空分流程及主要设备简介,一、除尘系统（空气过滤器）,自洁式空气过滤器,空分流程及主要设备简介,一、除尘系统（空气过滤器）,自洁式空气过滤器的净气室出口与空压机入口连接，在负压的作用下，从大气中吸入加工空气。空气经过过滤筒，灰尘被滤料阻挡。无数小颗粒粉尘在滤料的迎风表面形成一层尘膜。尘膜可使过滤效果有所

2、提高，同时也使气流阻力增大。当阻力增至高限600Pa时，由压差变送器将阻力信号传给脉冲控制仪中的电脑，电脑发出指令，自洁系统开始工作。电磁阀接到指令后，按程序控制、驱动隔膜阀，隔膜阀瞬间释放出压缩空气，其压力为600 kPa800kPa，经喷嘴整流后，自滤筒内部反吹滤筒，将滤料外表面的粉尘吹落，阻力随之下降。当阻力达到滤料的初始阻力(约150Pa)时，自洁系统停止工作。,空分流程及主要设备简介,一、除尘系统（空气过滤器）,脉冲反吹自洁式空气过滤器的主要部件包括：空气滤筒、脉冲反吹系统、净气室、框架、控制系统。反吹系统由气动隔膜阀、电磁阀、专用喷嘴及压缩空气管路组成。控制系统主要由脉冲控制仪、差

3、压变送器、控制电路等组成。自洁式过滤器的滤筒分成多组，每组包括多个滤筒，每组都设置一个隔膜阀。某一个阀门动作，只反吹它涉及到的那组滤筒，其余各组照常工作，因此自洁系统不影响过滤器的连续工作。,空分流程及主要设备简介,二、压缩系统（离心式压缩机）,空分流程及主要设备简介,三、氮水预冷系统,设置氮水预冷系统的根本目的是降低空气进空分塔的温度，提高分子筛吸附的能力，同时保证进塔空气温度稳定。在空气冷却塔(喷淋冷却塔)中，空气和水直接接触，既换热又受到了洗涤，能够清除空气中的灰尘和溶解一些有腐蚀性的杂质气体，同时由于空气冷却塔的容积较大，对加工空气还能起到缓冲作用，进塔气流稳定，空压机不易超压。全低压

4、空分设备普遍设有氮水预冷器。它主要是利用污氮中水的未饱和度，使部分水蒸发。水蒸发时吸收汽化潜热，使冷却水温降低，再利用它来冷却加工空气，降低进塔空气温度。因此，它包括空气冷却塔和水冷却塔。,空分流程及主要设备简介,三、氮水预冷系统,空冷塔、水冷塔、循环水泵冷冻水泵、冷冻机 压缩空气进入空冷塔下部、自下而上地穿过空冷塔，空气冷却的同时得到洗涤，经除雾去沫后进入分子筛吸附器。循环水分两路：一路直接经循环水泵加压后进空冷塔中部，一路进入水冷塔，被污氮气和氮气冷却，通过冷水泵加压，送入冷水机组进一步冷却后进入空冷塔上部。,水冷塔,空冷塔,空分流程及主要设备简介,四、纯化系统,吸附空气中的水分、CO2等

5、及部分碳氢化合物 两只切换使用 一只工作，一只再生，切换间隔4h。下层氧化铝 上层分子筛 有卧式和立式,空分流程及主要设备简介,由以上可以知道空分空气净化的过程是，空气通过空气过滤器除去尘埃和其它机械杂质后进入空气压缩机压缩至0.5 MPaG，经过各级冷却器冷却并除去游离水，然后进入空冷塔，在空冷塔内用喷淋水喷淋和洗涤，将空气冷却后去分子筛纯化器吸附空气中的H2O、CO2、SO2、SO3及部分碳氢化合物。,空分流程及主要设备简介,五、制冷系统,膨胀机可分为活塞式和透平式两大类，一般来说，活塞膨胀机多用于中高压、小流量领域，而低中压、流量相对较大的领域则多用透平膨胀机，随着透平技术的进一步发展，

6、中高压、小流量、大膨胀比的透平膨胀机在各领域也有越来越多的应用。与活塞膨胀机相比，透平膨胀机具有占地面积小（体积小）、结构简单、气流无脉动、震动小、无机械磨损部件、连续工作周期长、操作维护方便、工质不污染、调节性能好、效率高等特点。,提供空分大部分冷量,空分流程及主要设备简介,六、精馏系统,通俗的讲是将空气通过压缩、膨胀降温，直至空气液化，再利用氧、氮组分的沸点不同，用精馏的方法将氧氮分离，从而获得高纯度的氧和氮。,空分流程及主要设备简介,六、储运系统（液氧储槽、液氮储槽、液氩储槽）,一、压缩机分类1、按工作原理可分为容积式和动力式（1）容积式：直接改变气体容积来提高气体压力。,压缩机分类,活

7、塞式压缩机,压缩机分类,两级活塞式压缩机,单级活塞压缩机,膜片式压缩机,压缩机分类,压缩机分类,旋转叶片式压缩机,压缩机分类,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。,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。,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。,3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。,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。,螺杆式压缩机,压缩机分类,油路系统：J 油箱K 恒温旁通阀L 油冷却器M 油

8、过滤器N 回油阀O 断油阀,冷冻系统：P 冷冻压缩机Q 冷凝器R 热交换器S 旁通系统T 空气出口过滤器,螺杆式压缩机,压缩机分类,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卷付，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”。,压缩机分类,压缩机分类,（2

9、）动力式压缩机（速度式压缩机），其工作原理是将气体的动能转变为压力能，主要以透平压缩机为主。透平是英文turbine的音译，旋转物体的意思。透平压缩机又称涡轮压缩机，又可分为径流式、轴流式和混流式。,压缩机分类,2、按排气压力分：低压：0.2-1.0MPa中压：1.0-10MPa高压：10-100MPa超高压：100MPa,压缩机分类,3、按排气量分：微型：100m3/min,4、按压缩介质分：空气压缩机氧气压缩机CO2压缩机NH3压缩机等,4、按压缩机气缸位置分：卧式压缩机：气缸中心线水平立式压缩机：气缸中心线竖直角式压缩机：气缸为L型、V型、W型、星型等不同角度,二、离心式压缩机1、发展概

10、况 离心式压缩机是透平式压缩机的一种。早期只用于压缩空气，并且只用于低、中压力及气量很大的场合。目前离心式压缩机可用来压缩和输送化工生产中的多种气体。随着气体动力学的研究，使得离心式压缩机的效率不断提高；又由于高压密封、小流量窄叶轮的加工和多油楔轴承等技术关键的研制成功，解决了离心压缩机向高压力、宽流量范围发展的一系列问题，使离心压缩机的应用范围大为扩展，以致在许多场合可以取代往复活塞式压缩机。,离心式压缩机,2、工作原理 一般说来，提高气体压力的主要目标就是增加单位容积内气体分子的数量，也就是缩短气体分子与分子间的距离。达到这个目标可采用的方法有：1、用挤压元件来挤压气体的容积式压缩方法(如

11、活塞式)；2、用气体动力学的方法，即利用机器的作功元件(高速回转的叶轮)对气体作功，使气体在离心力场中压力得到提高，同时动能也大为增加，随后在扩压流道中流动时这部分动能又转变成静压能，而使气体压力进一步提高，这就是离心式压缩机的工作原理。,离心式压缩机,3、典型结构与工作过程,1吸入室；2轴；3叶轮；4固定部件；5机壳；6轴端密封；7轴承；8排气蜗室；,离心式压缩机,离心压缩机,转子：转轴，固定在轴上的叶轮、轴套、联轴节及平衡盘等。,定子：气缸，其上的各种隔板以及轴承等零部件，如扩压器、弯道、回流器、蜗壳、吸气室。,驱动机,转子高速回转,叶轮入口产生负压（吸气）,气体在流道中扩压,气体连续从排

12、气口排出,气体的流动过程是：,组成,离心式压缩机,离心式压缩机常用术语：,级：,段：,缸：,列：,由一个叶轮与其相配合的固定元件所构成,以中间冷却器作为分段的标志，如前所述，气流在第三级后被引出冷却，故它为二段压缩。,一个机壳称为一缸，多机壳称为多缸（在叶轮数较多时采用）,指压缩机缸的排列方式，一列可由一至几个缸组成,转子、扩压器、弯道、回流器、蜗壳、吸气室,主要部件：,离心式压缩机,级的典型结构,“级”是离心式压缩机的基本单元，从级的类型来看，一般可分为中间级（图a）:由叶轮、扩压器、弯道、回流器组成；首级（图b）:由吸气管和中间级组成；末级（图c）:由叶轮、扩压器、排气蜗壳组成,离心式压缩

13、机,优点：（1）排气量大，气体流经离心压缩机是连续的，其流通截面积较大，且叶轮转速很高，故气流速度很大，因而流量很大。（2）结构紧凑、尺寸小。它比同气量的活塞式小得多；（3）运转平稳可靠，连续运转时间长，维护费用省；（4）气缸内无润滑，润滑油不会污染被压缩的气体，这对化 工生产是很重要的；（5）转速较高，适宜用蒸汽轮机或燃气轮机直接拖动。缺点：（1）单级压力比不高，不适用于较小的流量；（2）稳定工况区较窄，尽管气量调节较方便，但经济性较差,4、离心式压缩机的特点,离心式压缩机,5、适用范围,（1）化工及石油化工工艺用（2）动力工程用（3）制冷工程和气体分离用（4）气体输送用,离心式压缩机,6、

14、级内的各种流体损失,离心式压缩机,（1）级内的流体损失 流体的粘性是产生能量损失的根本原因。（2）漏气损失 包括级间泄露和气体外漏（3）轮阻损失 叶轮旋转时，轮盘、轮盖的外侧和轮缘要与它周围的气体发生摩擦，从而产生轮阻损失。,7、多级压缩,（1）采用多级串联和多缸串联的必要性（2）分段与中间冷却以减少耗功（3)级数与叶轮圆周速度和气体分子量的关系,离心式压缩机,（1）采用多级串联和多缸串联的必要性,离心压缩机的压力比一般都在3以上，有的高达150，甚至更高。离心压缩机的单级压力比，较活塞式的低，所以一般离心压缩机多为多级串联式的结构。考虑到结构的紧凑性与机器的安全可靠性，一般主轴不能过长。对于

15、要求高增压比或输送轻气体的机器需要两缸或多缸离心压缩机串联起来形成机组。,离心式压缩机,(2)分段与中间冷却以减少耗功,为了降低气体温度，节省功率，在离心压缩机中往往采用分段中间冷却的结构，而不采用汽缸套冷却。各段由一级或若干级组成，段与段之间在机器之外由管道连接中间冷却器。应当指出，分段与中间冷却不能仅考虑省功，还要考虑下列因素：1）被压缩介质的特性属于易燃、易爆则段出口的温度低一些，对于某些化工气体，因在高温下气体发生不必要的分解或化合变化，或会产生并加速对机器材料的腐蚀，这样的压缩机冷却次数必需多一些。,离心式压缩机,2）用户要求排出的气体温度高，以利于化学反应或燃烧，则不必采用中间冷却

16、，或尽量减少冷却次数。3）考虑压缩机的具体结构、冷却器的布置、输送冷却水的泵耗功、设备成本与环境条件等综合因素。4）段数确定后，每一段的最佳压力比，可根据总耗功最小的原则来确定。,离心式压缩机,（3)级数与叶轮圆周速度的关系,为使机器结构紧凑，减少零部件，降低制造成本，在达到所需压力比条件下要求尽可能减少级数。,但是由于叶轮对气体做功的大小与圆周速度的平方成正比，如能尽量提高圆周速度就可减少级数。但是提高叶轮圆周速度，却受到以下几种因素的限制。叶轮材料强度的限制；气流马赫数的限制；叶轮相对宽度的限制。,离心式压缩机,8、主要零部件及辅助系统,（1）转子（主轴、叶轮、平衡盘、推力盘等）,离心式压

17、缩机,离心式压缩机,转子不平衡的原因和危害原因：由于制造不正确，如在毛坯制造过程中产生壁厚不均，材料密度不匀；在机械加工时产生不圆度和不同轴度；在热处理时产生金相组织不均匀等；由于装配上的不正确，如转子的重心与旋转中心线不重合，或叶轮等部件在轴上装的不正等；由于使用过程中转子产生变形，如磨损的不均匀，或者轴在工作应力和温度应力的作用下产生弯曲变形等。危害：转子振动和应力大，运行部不安全，损坏轴承和设备，机组效率低下等。,离心式压缩机,转子的不平衡可以分为以下三种类型：1、静不平衡 如果在一个转子上，不平衡的重量能综合成为一个，转子在旋转时只产生一个离心力，这种不平衡可以在静力状态下确定，因此称

18、为静不平衡状态。静不平衡状态一般长出现在长度与直径之比（L/D0.2）较大的转子上，如多级离心泵和离心压缩机的转子等。,离心式压缩机,3、混合不平衡 如果在一个转子上，既有静不平衡，又有动不平衡，这就称为混合不平衡状态。这种混合不平衡状态是最普遍的一种不平衡状态，它多半产生在直径和长度较大的转子上。为了消除转子上的不平衡力和不平衡力偶所引起的有害影响，必须精确地测定出不平衡重量所在的方位和大小，然后设法平衡，这种操作过程就称之为转子找平衡。分为静平衡和动平衡两种。,主轴主轴的作用是支持旋转零件及传递扭矩。nnc1 刚性轴 nnc1 挠性轴临界转速（nc1）转子的转速与转子的固有频率相等或相近，

19、系统将发生共振而出现剧烈的振动现象。发生共振现象时的转速称为轴的临界转速。转轴的临界转速往往不止一个。,离心式压缩机,叶轮 叶轮是离心式压缩机中唯一的作功部件，气体进入叶轮后，在叶片的推动下跟着叶轮旋转，由于叶轮对气流作功，增加了气流的能量，因此气体流出叶轮时的压力和速度均有所增加。叶轮是高速回转件，所以对叶轮的设计、材料和制造要求都很高，对叶轮的要求主要是：提供尽可能大的能量头；叶轮以及与之匹配的整个级的效率要比较高；所设计的叶轮型式能使级及整机的性能稳定工况区较宽；强度及制造质量符合要求。,离心式压缩机,叶轮,离心式压缩机,离心式压缩机,叶轮的典型结构,1、离心式叶轮 闭式叶轮 半开式叶轮

20、 双面进气叶轮,2、按叶片弯曲形式后弯叶片：弯曲方向与叶轮旋转方向相反，级效率高，2A90径向叶片：2A90，工作稳定范围宽，常用前弯叶片：弯曲方向与叶轮旋转方向相同，2A90，效率低，稳定工作范围较窄，多用于一部分通风机。3、叶轮的速度三角形在讨论其工作原理时，常常会用到叶轮进、出口处的三角形,离心式压缩机,离心式压缩机,离心式压缩机,扩压器 气体从叶轮流出时的速度很高，为了充分利用这部分速度能，在叶轮后设置流通截面逐渐扩大的扩压器，以便将速度能转变为压力能。弯道 为了把扩压器后的气流引导到下一级的叶轮去进行压缩，在扩压器后设置了使气流由离心方向改为向心方向的弯道。,离心式压缩机,回流器 为

21、了使气流以一定方向均匀地进入下一级叶轮进口，所以设置了回流器。平衡盘 一般位于末级叶轮之后，用来平衡转子所受的轴向力它的一侧受末级的气体压力，另一侧长与吸气室相通，平衡盘的外缘上一般都有迷宫密封装置，使盘两侧维持压差这种结构与离心泵中的平衡鼓类似，也称平衡活塞，又叫卸荷盘。,离心式压缩机,推力盘 推力盘的作用是将平衡盘剩余的轴向力传递给止推轴承，其工作曲为端面。通常推力盘与轴采用过盈配合并用键固定。,离心式压缩机,支撑轴承采多采用可倾瓦轴承,这种轴承由多块可以绕支点偏转的活动瓦块组成。这是目前认为抑振性能最好的轴承。它不仅油楔数多，且当外部发生变化使轴颈中心瞬时离开平衡位置时，由于瓦块可以绕支

22、点偏能够自动调整到平衡位置，使其不存在维持振荡的因素，因而稳定性很好.,离心式压缩机,支撑轴承瓦体内预埋温度探头,离心式压缩机,止推轴承的工作原理与支撑轴承类似，也是由转子上转动的推力盘与轴承上几块扇形面形成的收敛油楔动压力来平衡转子的轴向推力载荷。如图所示。,离心式压缩机,止推轴承为金斯贝雷型，多瓦块重叠式,自动调位，保证受力均匀,瓦块由碳钢浇铸巴氏合金加工而成,离心式压缩机,（1）迷宫密封的结构形式,迷宫密封也称为梳齿型密封，是一种非接触型密封。主要用于离心压缩机级内轮盖密封、级问密封和平衡盘密封上。在压力较低，且允许流体少量流出时，也可作为轴密封(轴与壳体问的密封)使用。迷宫密封的结构用

23、的较多的是以下几种：平滑形 曲折形 台阶形 径向排利的迷宫密封还有一种新型的迷宫密封叫蜂窝形迷宫密封,迷宫密封,离心式压缩机,平滑行迷宫密封,台阶形迷宫密封,离心式压缩机,曲折形迷宫密封,离心式压缩机,径向排列的迷宫密封,蜂窝形迷宫密封,离心式压缩机,（2）迷宫密封原理,迷宫密封是利用节流原理使气体每经过一个齿片，压力就下降一次，经过一定数量的齿片后就形成较大的压降，实质上迷宫密封就是给气体的流动以压差阻力，从而减小气体的通过量。,离心式压缩机,9、润滑油系统,润滑：在相对运动的两个表面之间加入润滑剂，从而使两个润滑面之间形成润滑膜，将直接接触的表面分隔开，变干摩擦为润滑剂之间的内摩擦，达到减

24、少摩擦，降低磨损，延长机械设备使用寿命的目的。润滑油的作用：降低摩擦、减少磨损、冷却、防止锈蚀、减轻震动、吸收噪音一般压缩机的润滑系统由润滑油箱、主油泵、辅助油泵、油冷却器、油过滤器、高位油箱、阀门以及管路等部分组成。,离心式压缩机,（1）润滑油箱润滑油箱是润滑油供给、回收、沉降和储存设备，内部设有加热器，用以开车前润滑油加热升温，保证机组启动时润滑油温度能升至3545的范围，以满足机组启动运行的需要；回油口与泵的吸入口设在油箱的两侧，中间设有过滤挡板，使流回油箱的润滑油有杂质沉降和气体释放的时间，从而保证润滑油的品质。油箱侧壁设有液位指示器，以监视油箱内润滑油的变化情况，防止机组运行中润滑油

25、油位出现突变，影响机组的安全运行。,离心式压缩机,（2）润滑油泵润滑油泵一般配置两台，一台运行，一台备车，机组运行所需润滑油，由运行油泵供给；当运行油泵发生故障或油系统出现故障，使系统油压降低时，备用油泵自动启动投入运行，为机组各润滑点提供适量的润滑油品。部分压缩机还设置事故油泵，即当两台主油泵同时停止运行时，事故油泵投入运行，避免机组烧瓦。,离心式压缩机,（3）润滑油冷却器润滑油冷却器用于对出油泵后润滑油的冷却，以控制进入轴承内的油温。为始终保持供油温度在3545的范围，油冷却器一般均配置两台，一台使用，另一台备用（特殊情况下可两台同时使用）。当投入使用的冷却器的冷却效果不能满足生产要求时，切换至备用冷却器维持生产运行，并将停用冷却器解体检查，清除污垢后组装备用。,离心式压缩机,（4）润滑油过滤器润滑油过滤器装于泵的出口，用于对进压缩机润滑油的过滤，是保证润滑油质量的有效措施。为了确保机组的安全运行，过滤器均配置两台，运行一台，备用一台。,离心式压缩机,（5）高位油箱高位油箱是一种保护性设施，当主、辅油泵供润滑油中断时，高位油箱的润滑油将沿进油管，靠重力作用流入各润滑点，以维持机组惰走过程的润滑需要。高位油箱的储油量，一般应维持不小于5 min的供油时间。,离心式压缩机,10、常见故障原因及处理方法,离心式压缩机,离心式压缩机,谢 谢 大 家！,