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一次事故损失百万起步,石化行业典型压缩机组详解
发表时间:2020.09.17  浏览次数:38

在石化企业中,对于炼油厂的三机(烟机、主风机、气压机及氢压机)、化肥厂的五机(空压机、合成气、氨压机、CO2、原料气或氮压机)、乙烯厂的三机(裂解气、乙烯、丙烯),习惯上称为大机组或关键机组。


这些大机组几乎都由工业汽轮机所驱动的离心式(或轴流式)压缩机所组成,具有转速高、功率大、技术密集、价格昂贵、无备机、检修周期长等特点。一旦发生设备故障而停机检修,将造成整个生产装置的全面停产(或大幅度减产),企业的经济效益损失十分严重。

通常,一次较大的设备事故(例如转子损坏)的直接经济损失大约为百万元以上,间接经济损失(装置产值损失及开、停车放空损失)大约为数千万元。因此,石化企业极为重视大机组的管理与维护,也认识到在提高大机组的状态监测与故障诊断水平上而花钱是值得的。


1
炼油装置


在炼油装置中,催化装置有主风机机组(也有称三机组、四机组、烟机机组)和气压机机组。连续重整装置、加氢装置、柴油加氢等装置有新氢压缩机机组和循环氢压缩机机组。焦化装置有气压机机组,动力装置有汽轮发电机机组、空压机机组、氮压机机组。公用工程有凉水塔风机、循环水泵,贮运装置有干气压缩机机组等等。





2
化肥装置


在化肥装置中,空压机,合成气压缩机、氨压机、CO2、压缩机是必不可缺的机组,气头厂则还有原料气压缩机,煤头厂则有可能有氮压机。





在乙烯装置三大机组中,裂解气压缩机功率最大,结构也最复杂,类似于化肥的合成气机组,由高中压汽轮机驱动由高、中、低三个缸组成的压缩机,乙烯及丙稀机组则由汽轮机驱动多数为一个缸的压缩机。


下面重点讲解炼油化工装置中典型压缩机机组



炼油厂常用压缩机按工作原理结构基本可以分成透平式和容积式压缩机两大类:


透平式压缩机有:离心式和轴流式两种;如催化装置的主风机采用的是轴流式的较多,而气压机均是离心式压缩机。


容积式压缩机有:往复式和回转式(如螺杆式压缩机)


按出口压力的不同,一般称排出压力P≤0.015MPA为通风机;0.015MPA<P≤0.2MPA的为鼓风机;P≥0.2MPA的为压缩机。


按出口压力压缩机又可分为:低压压缩机0.2<P≤1.0MPA;中压压缩机1.0<P≤10MPA;高压压缩机1.0<P≤10MPA;超高压压缩机P>100MPA。


透平式和容积式压缩机特点


透平式压缩机特点:


●气流速度高,损失大,小流量机组效率较低;


●流量和出口压力的变化由性能曲线决定,若出口压力过高,可能导致机组喘振;


●排气均匀,无脉动;


●不适应小流量,超高压的范围。容积式压缩机特点:


●气流速度低,损失小,效率较高;


●排气压力在较大范围内变化时排气量不变,同一台压缩机可用于压缩不同气体;


●排气脉动性大(螺杆式压缩机无脉动);


●不适应大流量的场合,但从低压到超高压的范围均适用(螺杆式压缩机具有低压较大流量的操作特性)。


离心式的压缩机是一种连续排量的压缩机,流体从叶轮获得能量,在叶轮内和静子扩压器内转化为流体压力。炼油厂常用离心压缩机有水平剖分型和垂直剖分型。


水平剖分型压缩机的机壳分上、下两部分,吸气、排气以及气体分支接管等均布置在下半机壳。上半个机壳可以吊起,方便检修、安装。根据段数不同可以分为单段多段、两段等级等。叶轮在机壳内串联布置或背靠背排列。为提高压缩机效率气体可在段间进行冷却。这种机壳剖分形式适用于最高压力为6MPa的场合。


垂直剖分型压缩机也称筒型压缩机。机壳只有垂直剖分面,如果机壳有两个端盖,则有两个垂直剖分面;如果机壳只有一个端盖,而另一端与筒体一体,机壳呈钟形,也称壳体压缩机。这类压缩机大多数用于高压场合,叶轮在机壳内可以顺排,也可以背靠背排列,其最高工作压力可达70MPa。



轴流式压缩机也属于透平式或速度式压缩机,炼油厂多选用作催化裂化装置的主风机。


轴流式压缩机具有如下特点:效率较高,单机效率可达86%~92%,比离心式压缩机高5%~10%,单位面积流通能力大,径向尺寸小,适宜流量大于1500m3/min的场合,单级压力比较低,单缸多级压力比可达11,与离心式压缩机相比,静叶不可调试式轴流压缩机的稳定工况区较窄,在恒定转速下,流量变化相对较少,压力变化较大。此外,结构较为简单,维护方便。


因此,轴流压缩机对于中、低压、大流量,且载荷基本不变的情况较为理想。全静叶可调式轴流压缩机可以扩大压缩机的稳定工况区,弥补了静叶不可调式轴流压缩机的不足,而且可以提高压缩机的效率,降低起动功率。目前,炼油厂主要用全静叶可调式轴流压缩机。



1、催化裂化装置主风机组


催化裂化装置的主风机组是装置的关键设备之一,主风机承担着向催化装置的再生器提供烧焦用风的主要任务。主风机机型主要取决于装置规模和主风量的大小,在现代化的大型装置中,轴流式压缩机以流量大、效率高、操作范围宽、体积小而逐渐处于主导地位。随着装置处理量的增大,设置烟气轮机回收利用再生烟气的能量,可大幅度降低装置能耗并增加经济效益,因而受到了格外的重视。烟气轮机与主风机相结合,派生出了多种机组配置方式。目前按照轴系的结合方式,主风机与烟气轮机机组有同轴机组和分轴机组两大类。


同轴机组的优点是烟气轮机直接驱动主风机,能量转换效率高;机组配置简单;当机组有超速趋势时,主风机可以起到制动作用。同轴机组的缺点是任一单机故障时,整个机组需停机处理,对装置生产影响较大。


具体配置方式又细分为:


(1)异步电动/发电机与烟气轮机共同驱动主风机的三机组;

(2)蒸汽轮机与烟气轮机共同驱动主风机的三机组;

(3)蒸汽轮机、烟气轮机与异步电动/发电机共同驱动主风机的四机组。


分轴机组的配置方式为:烟气轮机直接驱动发电机的单独发电机组。此时,主风机可由汽轮机驱动或直接由电动机驱动。分轴机组的优点在于烟气轮机直接驱动发电机,与再生器的供风系统分开,对装置操作的影响小。缺点是机组对转速控制的要求更为严格,需要在烟气轮机入口和旁路系统设置快速切断的高温蝶阀。


以上所述配置方式各有优缺点,可根据工厂的汽电平衡条件和操作人员的技术水平等因素来确定机组的配置方式


富气系统的工艺流程


由分馏塔顶油气分离器来的富气,经气压机(富气压缩机的习惯叫法)入口前的文丘利管及风动闸阀进入气压机的第一段压缩,压缩后的气体进入中间气体冷却器,富气经冷却器冷至40度后,进入气压机的气液分离器进行气液分离。分液后的气体进入气压机二段压缩,然后经风动闸阀进入吸收稳定部分。气压机中间分液罐分离出的凝缩液则由凝缩油泵送入吸收稳定部分,小型装置可返回分馏部分。


有的装置在压缩机入口设有气液分离罐,并配有相应的凝液排出系统。考虑到紧急状态,设有富气放火炬系统,由放火炬线上风动蝶阀或风动闸阀控制。为在机组事故紧急停机时能及时将入口卸压,在停机信号发出时,入口放火炬阀连锁自动打开。为了防止机组喘振,采用二段防喘振系统,控制防喘振调节阀开度,以保证操作点不进入喘振区。



(1)富气压缩机的内部结构


气体在压缩机内经过两段压缩,两段中间设有中间冷却器以及分液罐。压缩机由转子和定子构成。转子包括主轴、叶轮、轴套、平衡器、半联轴器等。定子包括机壳、隔板、轴承、密封等。压缩机的径向轴承为可倾瓦轴承,推力轴承为金斯伯雷轴承,在径向轴承和推力轴承内分别埋有热电阻,用以监测轴承温度变化。进、出口均垂直向下。气压机的密封有机械密封、油膜密封、蒸汽阻塞密封和干气密封。技术发展至今干气密封已被广泛采用。


(2)汽轮机


在催化装置中,驱动富气压缩机的工业汽轮机,以背压式居多,也有一些凝汽式。这些汽轮机有反动式的,也有冲动式的。汽轮机进汽压力3.13至3.8MPA(表),温度390至450度,进入汽轮机的蒸汽量由气压机转数控制。正常操作条件下,由反应压力控制器串级控制汽轮机调节器,调节指令操纵油动机,带动汽轮机蒸汽调节阀,改变气压机负荷,并保持气压机入口压力稳定。背压蒸汽并入装置低压蒸汽管网。


氢压缩机组


在炼油的催化重整装置和加氢裂化装置,一般包括有:预加氢循环氢压缩机(一般为往复式),重整循环氢压缩机(一般为离心式),在接触压缩机(一般为往复式)和氨压缩机这几种类型的压缩机。


对于往复式压缩机,它一般使用于压力高、压缩比大、压缩流量较小的对象。往复式压缩机主要控制吸入口压力,吸入口压力的稳定是往复式压缩机操作平稳的关键。通常采用压缩机入口旁通管调节方案,即用压缩机出口返回入口的旁通管的调节阀控制吸入口压力。一般返回气体经过冷凝进入缓冲罐并分出凝液后,进入压缩机,以防止液体带入压缩机。


离心式压缩机与往复式压缩机比较,有体积小、重量轻、占地少、流量大、供气均匀、运转平稳、运行效率高、设备易损部件少,维护维修方便等优点,同时由于转速很高,可以用汽轮机直接带动。对于催 化重整装置循环氢压缩机所用离心压缩机,大量的氢气走的是大循环,只是由于催化重整是副产氢气的装置,部分氢气在压力控制下经在接触后送出。


因此,压缩机吸入气量是有保证的,离心式压缩机运行比较稳定。离心式压缩机由汽轮机直接驱动,它还配有配套系统,如:润滑油系统、控制油系统、干气密封系统系统或油路密封系统、蒸汽及疏水系统。

来源:煤化工联盟

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