離心壓縮機上的注水技術應用

劉文明 王蕾 沈陽鼓風機集團股份有限公司 沈陽 110869

離心壓縮機上的注水技術應用

劉文明*王蕾 沈陽鼓風機集團股份有限公司 沈陽 110869

分析在離心壓縮機內部應用注水技術的可行性。

離心壓縮機設計注水技術應用

乙烯裝置是石化工業深加工的裝置，由于壓縮輸送介質是從裂解爐來的裂解氣，其組份有40多種，包括烯烴類、高分子烯烴、過氧化物、硫化物和氧化氮等，這些組份物質在一定溫度和壓力下會發生聚合反應，形成類似焦油的粘稠沉淀物，阻塞葉輪、隔板、機殼流道和密封，影響壓縮機氣動性能、機械性能和壽命。因此世界上各壓縮機制造商均設法避免和限制這種聚合反應。注水技術是將壓縮機注入一定量的水，水在壓縮機內部靠高溫介質汽化，由液態變為汽態所需熱量由壓縮機介質釋放的熱量提供。

1 離心壓縮機的工作過程

離心壓縮機是一種葉片旋轉式機械，其通流部分主要由進風筒、進氣蝸室、葉輪、擴壓器、彎道、回流器等組成。壓縮機外形見圖1。

圖1 壓縮機外形及注水位置圖

工藝流程:從離心壓縮機進風筒吸進的氣體經進氣蝸室進入葉輪，利用葉片和氣體的相互作用將機械能轉化成氣體的壓力能及動能，提高氣體壓力及速度，氣體由葉輪進入擴壓器，一部分動能轉化為壓力能，氣體壓力繼續提高，速度下降后進入彎道，經過回流器進入下一級壓縮，在壓縮過程中大部分能量轉化為壓力能，小部分轉化為熱能。由于氣體經幾級壓縮后溫度較高，不利于繼續壓縮，需通過出口蝸室及出風筒引入氣體冷卻器冷卻后再繼續壓縮。例如:二缸四段14級配置的壓縮機組，主要經過三次冷卻，壓縮→冷卻→再壓縮→再冷卻。其工藝流程相對比較復雜，具體流程見圖2。

圖2 機組流程示意圖

2 注水技術的應用

注水技術可以簡化上述工藝流程，壓縮機內介質不需要通過管道引入氣體冷卻器，而是直接噴水冷卻降溫。這樣便可減少設備，降低投資。具體流程見圖3。

圖3 帶注水系統的機組流程示意圖

該工藝流程:首先，在壓縮機葉輪出口后的彎道內注入純凈水，純凈水通過噴頭在一定壓力作用下霧化，霧化后的水與壓縮機內的高溫介質混合，液態水吸收介質的熱量汽化，從而降低壓縮機內介質的溫度。采用連續注水方式，靠水的蒸發冷卻介質。水在100℃下蒸發潛熱(即汽化熱)大約為2262kJ/kg，而水的傳熱可以忽略不計，因為水從30℃到100℃時僅僅為293 kJ/kg。

從熱力學分析來看:注水降低了每級的出口溫度，減少了規定壓比所需的壓頭;同時通過注水使總的質量流量增加，總的氣水混合物分子量減少，增加了所需的壓頭。但總的效應是降低壓縮機耗功。由于注水發生在壓縮機的級間，每一級的流量和溫度都發生了變化，對壓縮機的氣動方案有一定的影響，所以，在氣動計算時要充分考慮水的潛熱和水的流量對壓縮過程的影響，在注水過程中，霧化后的液滴大小是很重要的。為了達到最大的熱傳導，充分發揮水的汽化潛熱，霧化程度要高，務必使水完全汽化;同時，液滴噴射面的角度要合適，應滿足一定要求。為保證上述要求，注水噴嘴前后液汽間應有一定的差壓。

綜上所述，雖然注入的水會增加壓縮機的流量，增加能量消耗，但由于各壓縮級溫度的降低，使得壓縮機的效率提高(近似于等熵壓縮)，同時減少流程中管道、冷卻器、壓縮機進出口蝸室的損失。最終的結果是提高了壓縮機效率，降低了機組功耗。注入的水在最終冷卻器冷卻后分離排出。

3 注水系統設計要求

(1)為保證水的質量和潔凈，水應為鍋爐供水，或汽輪機冷凝水經脫鹽軟化的水。含氧量要低。

(2)水溫度需在30～60℃。

(3)水中無固體物，如油、污物和其它雜物。

(4)噴嘴、管嘴支架及其它附屬設備材質應為不銹鋼。

(5)隨著連續注水，直到出口處飽和，在工藝級之間換熱器內流體量增加了，因此分離器和蒸汽收集器必須有足夠能力來承擔這些附加的負荷。

4 結語

沈陽鼓風機集團股份有限公司先后為大慶石化、上海石化、茂名石化、沈陽化工等生產的裂解氣壓縮機采用了裂解氣壓縮機注水技術，都取得了滿意的結果。

注水技術的成功應用是國內壓縮機設計技術的進步。該項技術已推廣應用到焦化氣、水煤氣、火炬氣等裝置用離心壓縮機和冶金類高爐鼓壓風機上，具有很高的推廣應用價值。

1 汪創華，薛宇飛，馬志宏．裂解氣壓縮機的注水技術［J］．風機技術，2002(3)．

2 遲國政．裂解氣壓縮機注水系統技術改造［J］．化工機械，2012(1)．

3 西安交通大學透平壓縮機教研室．離心壓縮機原理［M］．北京:機械工業出版社，1980．10．

This paper analyzes the feasibility of water injection technology application in the centrifugal compressor．

Application of Water Injection Technology in Centrifugal Compressor

Liu Wenming，et al
(Shenyang Blower Works Group Co.，Ltd.，Shenyang 110869)

centrifugal compressorwater injection technology application

*劉文明:高級工程師。1988年畢業于沈陽機械工業職工大學。從事壓縮機設計工作。聯系電話:(024)25800167。

2012－06－04)