皖西学院：《化工原理》课程教学资源（仿真操作手册）CO2压缩机仿真培训系统软件说明书.doc_大学文库

CO2压缩机单元第一章装置概况第一节单元简介CO2压缩机单元是将合成氨装置的原料气CO2经本单元压缩做工后送往下一工段尿素合成工段，采用的是以汽轮机驱动的四级离心压缩机。其机组主要由压缩机主机、驱动机、润滑油系统、控制油系统和防喘振装置组成。1.离心式压缩机工作原理离心式压缩机的工作原理和离心泵类似，气体从中心流入叶轮，在高速转动的叶轮的作用下，随叶轮作高速旋转并沿半径方向甩出来。叶轮在驱动机械的带动下旋转，把所得到的机械能转通过叶轮传递给流过叶轮的气体，即离心压缩机通过叶轮对气体作了功。气体一方面受到旋转离心力的作用增加了气体本身的压力，另一方面又得到了很大的动能。气体离开叶轮后，这部分速度能在通过叶轮后的扩压器、回流弯道的过程中转变为压力能，进一步使气体的压力提高。离心式压缩机中，气体经过一个叶轮压缩后压力的升高是有限的。因此在要求升压较高的情况下，通常都有许多级叶轮一个接一个、连续地进行压缩，直到最末一级出口达到所要求的压力为止。压缩机的叶轮数越多，所产生的总压头也愈大。气体经过压缩后温度升高，当要求压缩比较高时，常常将气体压缩到一定的压力后，从缸内引出，在外设冷却器冷却降温，然后再导入下一级继续压缩。这样依冷却次数的多少，将压缩机分成几段，一个段可以是一级或多级。2.离心式压缩机的嘴振现象及防止措施离心压缩机的喘振是操作不当，进口气体流量过小产生的一种不正常现象。当进口气体流量不适当地减小到一定值时，气体进入叶轮的流速过低，气体不再沿叶轮流动，在叶片背面形成很大的涡流区，甚至充满整个叶道而把通道塞住，气体只能在涡2地址：北京市朝阳区安外小关东里10号院，润宇大厦610室，邮编：100029网址：http://www.besct.com.http://www.cctic.net电话：010649518323

CO2 压缩机单元地址：北京市朝阳区安外小关东里 10 号院，润宇大厦 610 室，邮编：100029 网址：http://www.besct.com,http://www.cctic.net 电话：010649518323 2 第一章装置概况第一节单元简介 CO2 压缩机单元是将合成氨装置的原料气 CO2 经本单元压缩做工后送往下一工段尿素合成工段，采用的是以汽轮机驱动的四级离心压缩机。其机组主要由压缩机主机、驱动机、润滑油系统、控制油系统和防喘振装置组成。 1.离心式压缩机工作原理离心式压缩机的工作原理和离心泵类似，气体从中心流入叶轮，在高速转动的叶轮的作用下，随叶轮作高速旋转并沿半径方向甩出来。叶轮在驱动机械的带动下旋转，把所得到的机械能转通过叶轮传递给流过叶轮的气体，即离心压缩机通过叶轮对气体作了功。气体一方面受到旋转离心力的作用增加了气体本身的压力，另一方面又得到了很大的动能。气体离开叶轮后，这部分速度能在通过叶轮后的扩压器、回流弯道的过程中转变为压力能，进一步使气体的压力提高。离心式压缩机中，气体经过一个叶轮压缩后压力的升高是有限的。因此在要求升压较高的情况下，通常都有许多级叶轮一个接一个、连续地进行压缩，直到最末一级出口达到所要求的压力为止。压缩机的叶轮数越多，所产生的总压头也愈大。气体经过压缩后温度升高，当要求压缩比较高时，常常将气体压缩到一定的压力后，从缸内引出，在外设冷却器冷却降温，然后再导入下一级继续压缩。这样依冷却次数的多少，将压缩机分成几段，一个段可以是一级或多级。 2.离心式压缩机的喘振现象及防止措施离心压缩机的喘振是操作不当，进口气体流量过小产生的一种不正常现象。当进口气体流量不适当地减小到一定值时，气体进入叶轮的流速过低，气体不再沿叶轮流动，在叶片背面形成很大的涡流区，甚至充满整个叶道而把通道塞住，气体只能在涡

CO2压缩机单元流区打转而流不出来。这时系统中的气体自压缩机出口倒流进入压缩机，暂时弥补进口气量的不足。虽然压缩机似乎恢复了正常工作，重新压出气体，但当气体被压出后，由于进口气体仍然不足，上述倒流现象重复出现。这样一种在出口处时而倒吸时而吐出的气流，引起出口管道低频、高振幅的气流脉动，并迅速波及各级叶轮，于是整个压缩机产生噪音和振动，这种现象称为喘振。喘振对机器是很不利的，振动过分会产生局部过热，时间过久甚至会造成叶轮破碎等严重事故。当喘振现象发生后，应设法立即增大进口气体流量。方法是利用防喘振装置，将压缩机出口的一部份气体经旁路阀回流到压缩机的进口，或打开出口放空阀，降低出口压力。3.离心式压缩机的临界转速由于制造原因，压缩机转子的重心和几何中心往往是不重合的，因此在旋转的过程中产生了周期性变化的离心力。这个力的大小与制造的精度有关，而其频率就是转子的转速。如果产生离心力的频率与轴的固有频率一致时，就会由于共振而产生强烈振动，严重时会使机器损坏。这个转速就称为轴的临界转速。临界转速不只是一个，因而分别称为第一临界转速、第二临界转速等等。压缩机的转子不能在接近于各临界转速下工作。一般离心泵的正常转速比第一临界转速低，这种轴叫做刚性轴。离心压缩机的工作转速往往高于第一临界转速而低于第二临界转速，这种轴称为挠性轴。为了防止振动，离心压缩机在启动和停车过程中必须较快地越过临界转速。4.离心式压缩机的结构离心式压缩机由转子和定子两大部分组成。转子由主轴、叶轮、轴套和平衡盘等部件组成。所有的旋转部件都安装在主轴上，除轴套外，其它部件用键固定在主轴上。主轴安装在径向轴承上，以利于旋转。叶轮是离心式压缩机的主要部件，其上有若干个叶片，用以压缩气体。n地址：北京市朝阳区安外小关东里10号院，润宇大厦610室，邮编：100029网址：http://www.besct.com.http://www.cctic.net电话：010649518323

CO2 压缩机单元地址：北京市朝阳区安外小关东里 10 号院，润宇大厦 610 室，邮编：100029 网址：http://www.besct.com,http://www.cctic.net 电话：010649518323 3 流区打转而流不出来。这时系统中的气体自压缩机出口倒流进入压缩机，暂时弥补进口气量的不足。虽然压缩机似乎恢复了正常工作，重新压出气体，但当气体被压出后，由于进口气体仍然不足，上述倒流现象重复出现。这样一种在出口处时而倒吸时而吐出的气流，引起出口管道低频、高振幅的气流脉动，并迅速波及各级叶轮，于是整个压缩机产生噪音和振动，这种现象称为喘振。喘振对机器是很不利的，振动过分会产生局部过热，时间过久甚至会造成叶轮破碎等严重事故。当喘振现象发生后，应设法立即增大进口气体流量。方法是利用防喘振装置，将压缩机出口的一部份气体经旁路阀回流到压缩机的进口，或打开出口放空阀，降低出口压力。 3.离心式压缩机的临界转速由于制造原因，压缩机转子的重心和几何中心往往是不重合的，因此在旋转的过程中产生了周期性变化的离心力。这个力的大小与制造的精度有关，而其频率就是转子的转速。如果产生离心力的频率与轴的固有频率一致时，就会由于共振而产生强烈振动，严重时会使机器损坏。这个转速就称为轴的临界转速。临界转速不只是一个，因而分别称为第一临界转速、第二临界转速等等。压缩机的转子不能在接近于各临界转速下工作。一般离心泵的正常转速比第一临界转速低，这种轴叫做刚性轴。离心压缩机的工作转速往往高于第一临界转速而低于第二临界转速，这种轴称为挠性轴。为了防止振动，离心压缩机在启动和停车过程中，必须较快地越过临界转速。 4.离心式压缩机的结构离心式压缩机由转子和定子两大部分组成。转子由主轴、叶轮、轴套和平衡盘等部件组成。所有的旋转部件都安装在主轴上，除轴套外，其它部件用键固定在主轴上。主轴安装在径向轴承上，以利于旋转。叶轮是离心式压缩机的主要部件，其上有若干个叶片，用以压缩气体

CO2压缩机单元气体经叶片压缩后压力升高，因而每个叶片两侧所受到气体压力不一样，产生了方向指向低压端的轴向推力，可使转子向低压端窜动，严重时可使转子与定子发生摩擦和碰撞。为了消除轴向推力，在高压端外侧装有平衡盘和止推轴承。平衡盘一边与高压气体相通，另一边与低压气体相通，用两边的压力差所产生的推力平衡轴向推力。离心式压缩机的定子由气缸、扩压室、弯道、回流器、隔板、密封、轴承等部件组成。气缸也称机壳，分为水平剖分和垂直分两种形式。水平剖分就是将机壳分成上下两部分，上盖可以打开，这种结构多用于低压。垂直剖分就是筒型结构，由圆筒形本体和端盖组成，多用于高压。气缸内有若干隔板，将叶片隔开，并组成扩压器和弯道、回流器。为了防止级间窜气或向外漏气，都设有级间密封和轴密封离心式压缩机的辅助设备有中间冷却器、气液分离器和油系统等。5.汽轮机的工作原理汽轮机又称为蒸汽透平，是用蒸汽做功的旋转式原动机。进入汽轮的高压、高温蒸汽，由喷嘴喷出，经膨胀降压后，形成的高速气流按一定方向冲动汽轮机转子上的动叶片，带动转子按一定速度均匀地旋转，从而将蒸汽的能量转变成机械能。由于能量转换方式不同，汽轮机分为冲动式和反动式两种，在冲动式中，蒸汽只在喷嘴中膨胀，动叶片只受到高速气流的冲动力。在反动式汽轮机中，蒸汽不仅在喷嘴中膨胀，而且还在叶片中膨胀，动叶片既受到高速气流的冲动力，同时受到蒸汽在叶片中膨胀时产生的反作用力。根据汽轮机中叶轮级数不同，可分为单极或多极两种。按热力过程不同，汽轮机可分为背压式、凝气式和抽气凝气式。背压式汽轮机的蒸汽经膨胀做功后以一定的温度和压力排出汽轮机，可继续供工艺使用：凝气式蒸汽轮机的进气在膨胀做功后，全部排入冷凝器凝结为水；抽气凝气式汽轮机的进气在膨胀做功时，一部分蒸汽在中间4地址：北京市朝阳区安外小关东里10号院，润宇大厦610室，邮编：100029网址：http://www.besct.com.http://www.cctic.net电话：010649518323

CO2 压缩机单元地址：北京市朝阳区安外小关东里 10 号院，润宇大厦 610 室，邮编：100029 网址：http://www.besct.com,http://www.cctic.net 电话：010649518323 4 气体经叶片压缩后压力升高，因而每个叶片两侧所受到气体压力不一样，产生了方向指向低压端的轴向推力，可使转子向低压端窜动，严重时可使转子与定子发生摩擦和碰撞。为了消除轴向推力，在高压端外侧装有平衡盘和止推轴承。平衡盘一边与高压气体相通，另一边与低压气体相通，用两边的压力差所产生的推力平衡轴向推力。离心式压缩机的定子由气缸、扩压室、弯道、回流器、隔板、密封、轴承等部件组成。气缸也称机壳，分为水平剖分和垂直剖分两种形式。水平剖分就是将机壳分成上下两部分，上盖可以打开，这种结构多用于低压。垂直剖分就是筒型结构，由圆筒形本体和端盖组成，多用于高压。气缸内有若干隔板，将叶片隔开，并组成扩压器和弯道、回流器。为了防止级间窜气或向外漏气，都设有级间密封和轴密封。离心式压缩机的辅助设备有中间冷却器、气液分离器和油系统等。 5.汽轮机的工作原理汽轮机又称为蒸汽透平，是用蒸汽做功的旋转式原动机。进入汽轮的高压、高温蒸汽，由喷嘴喷出，经膨胀降压后，形成的高速气流按一定方向冲动汽轮机转子上的动叶片，带动转子按一定速度均匀地旋转，从而将蒸汽的能量转变成机械能。由于能量转换方式不同，汽轮机分为冲动式和反动式两种，在冲动式中，蒸汽只在喷嘴中膨胀，动叶片只受到高速气流的冲动力。在反动式汽轮机中，蒸汽不仅在喷嘴中膨胀，而且还在叶片中膨胀，动叶片既受到高速气流的冲动力，同时受到蒸汽在叶片中膨胀时产生的反作用力。根据汽轮机中叶轮级数不同，可分为单极或多极两种。按热力过程不同，汽轮机可分为背压式、凝气式和抽气凝气式。背压式汽轮机的蒸汽经膨胀做功后以一定的温度和压力排出汽轮机，可继续供工艺使用；凝气式蒸汽轮机的进气在膨胀做功后，全部排入冷凝器凝结为水；抽气凝气式汽轮机的进气在膨胀做功时，一部分蒸汽在中间

CO2压缩机单元抽出去作为其它用，其余部分继续在气缸中做功，最后排入冷凝器冷凝。第二节工艺流程简述1.C02流程说明：来自合成氨装置的原料气C02压力为150Kpa（A），温度38℃，流量由FR8103计量，进入C02压缩机一段分离器V-111，在此分离掉C02气相中夹带的液滴后进入C02压缩机的一段入口，经过一段压缩后，C02压力上升为0.38Mpa（A)，温度194℃，进入一段冷却器E-119用循环水冷却到43℃，为了保证尿素装置防腐所需氧气，在C02进入E-119前加入适量来自合成氨装置的空气，流量由FRC-8101调节控制，C02气中氧含量0.25-0.35%，在一段分离器V-119中分离掉液滴后进入二段进行压缩，二段出口C02压力1.866Mpa（A），温度为227℃。然后进入二段冷却器E-120冷却到43℃，并经二段分离器V-120分离掉液滴后进入三段。在三段入口设计有段间放空阀。便于低压缸C02压力控制和快速泄压，CO2经三段压缩后压力升到8.046Mpa（A），温度214℃，进入三段冷却器E-121中冷却。为防止CO2过度冷却而生成干冰，在三段冷却器冷却水回水管线上设计有温度调节阀TV-8111，用此阀来控制四段入口C02温度在50-55℃之间。冷却后的C02进入四段压缩后压力升到15.5Mpa（A)，温度为121℃，进入尿素高压合成系统。为防止C02压缩机高压缸超压、喘振，在四段出口管线上设计有四回一阀HV-8162（即HIC8162）。2.蒸汽流程说明：主蒸汽压力5.882Mpa.湿度450℃，流量82t/hr，进入透平做功，其中一大部分在透平中部被抽出，抽汽压力2.598Mpa，温度350℃，流量54.4t/hr，送至框架，另一部分通过中压调节阀进入透平后汽缸继续做功，做完功后的汽进入蒸气冷凝系统。第三节工艺仿真范围1.工艺范围5地址：北京市朝阳区安外小关东里10号院，润宇大厦610室，邮编：100029网址：http://www.besct.com.http://www.cctic.net电话：010649518323

CO2 压缩机单元地址：北京市朝阳区安外小关东里 10 号院，润宇大厦 610 室，邮编：100029 网址：http://www.besct.com,http://www.cctic.net 电话：010649518323 5 抽出去作为其它用，其余部分继续在气缸中做功，最后排入冷凝器冷凝。第二节工艺流程简述 1.CO2 流程说明：来自合成氨装置的原料气 CO2 压力为 150Kpa（A），温度 38℃，流量由 FR8103 计量，进入 CO2 压缩机一段分离器 V-111，在此分离掉 CO2 气相中夹带的液滴后进入 CO2 压缩机的一段入口，经过一段压缩后，CO2 压力上升为 0.38Mpa(A),温度 194℃，进入一段冷却器 E-119 用循环水冷却到 43℃，为了保证尿素装置防腐所需氧气，在 CO2 进入 E-119 前加入适量来自合成氨装置的空气，流量由 FRC-8101 调节控制，CO2 气中氧含量 0.25-0.35%，在一段分离器 V-119 中分离掉液滴后进入二段进行压缩，二段出口 CO2 压力 1.866Mpa(A),温度为 227℃。然后进入二段冷却器 E-120 冷却到 43℃，并经二段分离器 V-120 分离掉液滴后进入三段。在三段入口设计有段间放空阀。便于低压缸 CO2 压力控制和快速泄压，CO2 经三段压缩后压力升到 8.046Mpa(A)，温度 214℃，进入三段冷却器 E-121 中冷却。为防止 CO2 过度冷却而生成干冰，在三段冷却器冷却水回水管线上设计有温度调节阀 TV-8111，用此阀来控制四段入口 CO2 温度在 50-55℃之间。冷却后的 CO2 进入四段压缩后压力升到 15.5Mpa(A),温度为 121℃，进入尿素高压合成系统。为防止 CO2 压缩机高压缸超压、喘振，在四段出口管线上设计有四回一阀 HV-8162（即 HIC8162）。 2.蒸汽流程说明：主蒸汽压力 5.882Mpa.湿度 450℃，流量 82t/hr，进入透平做功，其中一大部分在透平中部被抽出，抽汽压力 2.598Mpa，温度 350℃，流量 54.4t/hr，送至框架，另一部分通过中压调节阀进入透平后汽缸继续做功，做完功后的乏汽进入蒸气冷凝系统。第三节工艺仿真范围 1．工艺范围