氨合成气压缩机组氮气循环开车方案设计及优化.pdf

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1、508化工机械2015矩氨合成气压缩机组氮气循环开车方案设计及优化张磊州李永华2(1．大连理工大学化工机械学院；2孙洪玉1张晓晖2锦西天然气化工有限责任公司)摘要以相似理论为基础，分析并确定氨合成气压缩机组在氮气循环开车时的关键技术参数；运用相似模化设计法，并综合考虑离心压缩机防共振、喘振和超温的技术要求，计算得到氨合成气压缩机组氮气循环开车时的工艺参数；采用化工计算软件进行模拟计算和方案优化。经氨合成装置开车运行验证，表明所确定的开车方案满足生产需要。关键词氨合成气压缩机相似理论开车方案模化设计优化分析中图分类号TQ051．21文献标识码A文章编号0254-6094(2015)0

2、4-0508-05离心式压缩机已广泛应用于合成氨项目中，根据合成氨生产工艺，离心式压缩机一般包括合成气压缩机、氨压缩机和与合成氨配套的尿素用二氧化碳压缩机¨。。某化工厂的氨合成气压缩机组为多级离心式压缩机，它以合成气(74．81％的H：、24．94％的N：、0．25％的Ar)为工质进行设计，分两缸四段十六级，第一、二段属于低压缸，第三、四段属于高压缸。以往，氨合成装置每次冷态开车时，合成回路需要用合成气预热，达到催化剂起活温度，此时所有工艺气放空，时间长达16h，延长了装置开车时间，也造成了合成气的大量浪费，合成装置停车时也存在着同样的问题。目前，针对离心式压缩机变工况相似换算方面

3、，文献[2～4]介绍了相似理论在离心式压缩机中的应用，基于试验数据浅析了保持进／出口比容比不变和保持马赫数相同两种性能换算方法。文献[5]研究了不同气体绝热指数不同对压缩机性能的影响。但是，将相似理论运用到工程实际中制定技改方案的介绍甚少。笔者为缩短开车时间、减少氨合成气的浪费，提出合成热回路氮气循环升／降温技改项目，并通过相似理论模化设计和程序模拟优化分析，制定了氨合成气压缩机组氮循环开车方案。1相似分析及关键技术参数确定氨合成装置开车改用氮气循环升温仍采用原工艺流程和设备。升温期间，氮气在合成回路中循环利用，由氨合成气压缩机组提供动力。保证氨合成气压缩机组在氮气循环下稳定运行的

4、升温操作方案是该项目能否实施的关键。1．1相似分析氨合成气压缩机组采用氮气循环开车，属于同台压缩机变工况性能换算。为了尝试采用离心压缩机的模化设计法，首先应对两种工况进行相似分析，将合成气压缩过程作为模型机，氮气压缩过程作为相似机，分析两机相似的条件‘6。(在以下的分析计算中，模型机的所有参数均加“”’表示，相似机参数则不加)：a．几何相似。由于是同台压缩机变工况性能换算，几何相似自动满足。b．运动相似。一般而言，只要满足叶轮人口的速度三角形对应相似就可以满足运动相似的要求，因为两个压缩过程是同台压缩机，且叶轮入口角度不变，故认为两机运动相似。c．动力相似。对于离心式压缩机，只要考

5、虑特征雷诺数、特征马赫数相等就能满足动力相似的条件，而离心式压缩机的特征雷诺数都非常大，$张磊，男，1989年12月生，硕士研究生。辽宁省大连市，116024。第42卷第4期化工机械509机内的流动已经进入自动模化区，一般不要求特征雷诺数相等，只要求特征马赫数相等。离心压缩机的特征马赫数M。：圭={兰，若要求√kRjr‘√kRT氮气压缩过程与合成气压缩过程的动力相似，则耻肘。，，枞盎=湍，其中一百Ot×／kRT人，厂丌阪西F万双菊了盯√丽m’2√n面万万万可历两×n’=58％n’，因此，氮气压缩过程与合成气压缩过程要满足动力相似条件，氮气压缩过程的压缩机转速必须为合成气压缩过程转速

6、的58％。d．热力相似。两个离心压缩过程的热力相似条件为绝热指数相等，依据热力学计算。4

7、，k=1．400，k’1．408，所以近似认为两个压缩过程热力相似。从以上分析可知，欲采用模化设计法计算氨合成气压缩机组在氮气循环时的工艺参数，必须是基于特征马赫数相等的相似换算。1．2基于特征马赫数相等的压缩机工作转速查看工厂的操作规程，合成气循环时压缩机的工作转速为l1245r／min，如前述，氮气压缩过程与合成气压缩过程若要满足动力相似条件，则有凡==58％n’，所以，氮气循环的工作转速：n==58％·n’=58％×11245=6522r／min对于挠性轴，为防止共振，必须满足：n>1．

8、4n．=1．4×4600=6440r／min其中，n．是合成气压缩机组第一临界转速，氮气循环时合成气压缩机的工作转速n=6522r／rain，满足防止共振的要求。2氮气循环时合成气压缩机工艺参数的确定查看工厂的操作规程，合成气循环时压缩机各段的状态参数见表l。表l合成气循环时压缩机各段的状态参数2．1合成气压缩机入口流量确定依据相似理论，氮气循环时压缩机的入口流量为：钆=㈣·wfk胛RT’_,Ⅶ，，=～／．1．4××296．．757x×((30．+2+73)14089