高温升蒸汽压缩机在精馏塔系统中的应用

2020-08-12毛佳佳吴勇前高亚威王建松

科技与创新 2020年15期

毛佳佳，吴勇前，高亚威，王建松

（浙江奇彩环境科技股份有限公司，浙江绍兴312016）

1 背景和意义

在石油和化工生产中，精馏塔发生连续排放的现象比较普遍，比如炼油生产中催化裂化分馏塔、气分装置的脱丙烷塔、顺丁橡胶中的脱水塔、丁二烯回收塔、乙烯的脱甲烷塔以及电石法生产聚氯乙烯时，从尾冷器排出的尾气都是一种VOCs 的有组织排放。精馏塔排放的尾气是石油和化工生产中产生挥发性有机污染物最大的源头，精馏塔放空也是石油和化工生产中难以解决的共性问题。

2 应用描述

2.1 应用方式

精馏塔系统流程如图1 所示。

图1 精馏塔系统流程图

如图1 所示，精馏塔尾气自循环利用系统包括一级预热器、二级预热器、精馏塔、蒸汽发生器、蒸汽缓冲罐和离心式蒸汽压缩机组，高温升蒸汽压缩机组包括高温升压缩机和润滑油冷却器；系统的补水采用去离子水，包括去离子水罐和去离子水泵。

系统包括精馏水管网、去离子水管网、生蒸汽管网、压缩空气管道和循环冷却水管网以及低压蒸汽管网。其中，精馏水管网与一级预热器、二级预热器、精馏塔和蒸汽发生器连通；去离子水管网与二级预热器、精馏塔、蒸汽发生器、蒸汽缓冲罐和高温升压缩机连通；生蒸汽管网与高温升压缩机、精馏塔和蒸汽发生器连通；循环冷却水管网与润滑油冷却器连通。

精馏原水经一级预热器和二级预热器预热后进入精馏塔，精馏塔排出的尾气进入蒸汽发生器内与去离子水换热产生二次蒸汽，二次蒸汽经蒸汽缓冲罐缓冲后进入高温升蒸汽压缩机，经高温升压缩机做功后进入精馏塔内部作为循环物料的加热介质；经高温升蒸汽压缩机做功后的二次蒸汽也可通过阀门切换直接排入低压蒸汽管网。

2.2 蒸汽再压缩工序

界外补充去离子水在蒸汽发生器中被精馏塔尾气加热形成沸腾状态，去离子水在蒸汽发生器内蒸发，为了保证高温升压缩机运行平稳，产生的二次蒸汽首先进入蒸汽缓冲罐缓冲，再经高温升蒸汽压缩机做功提高其热焓和压力后，进入精馏塔内部加热器管程作为循环物料的加热介质，如此以少量电能做功将产生的二次蒸汽加以利用，大大节省了生蒸汽的耗量。蒸汽缓冲罐设置减压阀，通过减压阀控制缓冲罐蒸汽压力，稳定了进入压缩机的蒸汽压力，大大降低了高温升压缩机喘振的风险。

因此，通过高温升蒸汽压缩机有效利用精馏塔尾气余热，以少量电能做功将产生的二次蒸汽加以利用，大大节省了生蒸汽的耗量，增加了企业的经济效益。

3 高温升蒸汽压缩机

3.1 高温升压缩机的原理

蒸汽通过压缩机进口进入工作叶轮，高速旋转的叶轮对气体做功，使气体加速，并提升气体的压力，加速后的气体经过扩压器及蜗壳减速扩压，将动能转化为压力能，即完成了一级增压过程，高温升蒸汽压缩机通常需要经过二到三级的压缩来达到高温升（温升24 ℃以上）的要求。气动设计采用CFD 数值计算软件对设计的压缩机进行模拟计算，如图2 所示。

图2 一级压缩气动设计模型曲线

3.2 结构特点

高温升蒸汽压缩机相比于单级高速蒸汽压缩机（24 ℃以下温升）不同之处在于：单级高速蒸汽压缩机为单级压缩，而高温升压缩机需要多级压缩才能达到设计温升的要求，其余组成部分与单级蒸汽压缩机相同。主要部分为变频电机、PLC 控制柜、润滑油系统、增速箱、联轴器、一级转子本体、二级转子本体、级间管道，如图3 和图4 所示。各级喷淋系统和排水系统需精馏塔系统配套，设备本体图中无法显示。

图3 高温升蒸汽压缩机实物图（二级压缩38 ℃温升）

图4 高温升蒸汽压缩机实物图（四级压缩64 ℃温升）

压缩机启动时，电机通过变频器低速软起动，通过联轴器带动增速箱低速轴，低速轴大齿轮驱动高速轴，达到增速的目的，高速轴同时直联两只叶轮，蒸汽先经过一级叶轮做功，经过喷淋至饱和蒸汽后进入二级叶轮再次做功，实现高温升的目的。压缩机运转时，润滑油系统通过主泵和辅助油泵，经过冷却器和过滤器给增速箱提供润滑油，保证压缩机的正常运行。