丁醇-2丙基庚醇聯(lián)合裝置循環(huán)氣鼓風(fēng)機(jī)選型

賀永慧 黃海鵬

（陜西延長(zhǎng)石油延安能源化工有限責(zé)任公司，陜西 西安710075）

0 概況

延安煤油氣資源綜合利用項(xiàng)目20 萬(wàn)噸/年丁醇裝置-8 萬(wàn)噸/年2-丙基庚醇聯(lián)合裝置，采用英國(guó)Davy Process Technology LTD.的以銠作為催化劑的S30 低壓羰基合成工藝技，主要生產(chǎn)正丁醇、異丁醇和2-丙基庚醇等產(chǎn)品。循環(huán)氣鼓風(fēng)機(jī)主要用途是維持降膜蒸發(fā)器系統(tǒng)壓力并攜帶出催化劑溶液中蒸發(fā)的醛蒸汽，提純濃縮催化劑溶液。 本裝置為首套丁醇-2-丙基庚醇聯(lián)合裝置，因此該循環(huán)風(fēng)機(jī)屬于首次應(yīng)用，現(xiàn)就從鼓風(fēng)機(jī)工藝、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等方面對(duì)設(shè)備選型與優(yōu)化進(jìn)行探討。

1 循環(huán)氣鼓風(fēng)機(jī)選型主要技術(shù)參數(shù)及要求

1.1 主要技術(shù)參數(shù)

1.2 技術(shù)要求

1）在額定的出口壓力下，工藝要求鼓風(fēng)機(jī)在額定流量的45%到100%之間運(yùn)行，利用變速來(lái)改變流量；在額定工況下，確保性能流量沒(méi)有負(fù)偏差。

2）工藝氣體是有毒和易燃的。 嚴(yán)禁將工藝氣體排放到大氣中。

3）由于Fe 離子會(huì)使銠催化劑中毒，所以工藝氣體接觸的殼體、轉(zhuǎn)子、軸和其他部件/配件最少應(yīng)該是304L 不銹鋼材料。

2 選型

輸送醛類(lèi)混合氣，從主要參數(shù)表中可以看出，該鼓風(fēng)機(jī)要求風(fēng)量為28324m3/h（即472m3/min），出口壓力不高出口壓力0.227MPa（A），進(jìn)出口壓差△P 為48KPa。 通常鼓風(fēng)機(jī)?終壓為14.7～294KPa（G），3,,流量范圍在0.15-2000m3/min，單級(jí)升壓范圍在9.8-98KPa。 壓縮機(jī)終壓在294KPa 以上。從風(fēng)機(jī)的流量和風(fēng)壓來(lái)看，可選用羅茨風(fēng)機(jī)和高速離心風(fēng)機(jī)。

2.1 原理與結(jié)構(gòu)方面

羅茨鼓風(fēng)機(jī)是容積式風(fēng)機(jī)， 利用葉輪之間的空間來(lái)輸送氣體，輸送的風(fēng)量與風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，工作的主參數(shù)是風(fēng)量，輸出的壓力隨管道和負(fù)載的變化而變化，風(fēng)量變化很小，屬于恒流量風(fēng)機(jī)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，葉輪之間、葉輪與機(jī)殼、側(cè)板之間有間隙，不需注油潤(rùn)滑，輸送含粉塵氣體較為安全，適合混相輸送；制造容易，操作維護(hù)方便，維修周期短，易損件少的優(yōu)點(diǎn)。

高速離心風(fēng)機(jī)是速度型風(fēng)機(jī)， 是根據(jù)動(dòng)能轉(zhuǎn)換為勢(shì)能的原理，利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪將氣體加速后然后減速、改變流向，使動(dòng)能轉(zhuǎn)換為勢(shì)能（壓力）。 工作的主參數(shù)是風(fēng)壓，輸出的風(fēng)量隨管道和負(fù)載的變化而變化，風(fēng)壓變化不大，屬于恒壓風(fēng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)平衡要求高，操作維修相對(duì)復(fù)雜。不適合混相輸送如介質(zhì)中含液滴、粉塵，因這些液滴和粉塵，對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的離心風(fēng)機(jī)葉輪有很大的汽蝕作用，影響設(shè)備的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。

2.2 設(shè)計(jì)與制造方面

該循環(huán)氣鼓風(fēng)機(jī)操作風(fēng)量28324m3/h（即472m3/min），且與工藝氣接觸的殼體、轉(zhuǎn)子等過(guò)流部件材質(zhì)至少為304L，而國(guó)內(nèi)制造廠(chǎng)家風(fēng)量范圍在200m3/min 以下，且風(fēng)機(jī)過(guò)流部件為普通鑄鋼。 通過(guò)技術(shù)交流及技術(shù)咨詢(xún)，國(guó)外有成熟設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用，風(fēng)量范圍在0.5-1400m3/min 成熟工藝和制造能力，并有在國(guó)外化工行業(yè)有一定的業(yè)績(jī)。

國(guó)內(nèi)各離心風(fēng)機(jī)制造廠(chǎng)家從設(shè)計(jì)、制造、材料等方面均具備相應(yīng)能力，并在國(guó)內(nèi)化工行業(yè)有相當(dāng)多的業(yè)績(jī)。

2.3 工藝操作方面

該聯(lián)合裝置羰基合成單元在滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，反應(yīng)后混合溶液通過(guò)降膜蒸發(fā)器時(shí)重組分的揮發(fā)刻發(fā)生變化，因此造成風(fēng)機(jī)負(fù)荷在隨著重組分的揮發(fā)量在45%-100%之間無(wú)規(guī)律波動(dòng)。

羅茨風(fēng)機(jī)具有強(qiáng)制輸送氣體的特征。 在轉(zhuǎn)速一定的條件下，流量也一定（隨壓力的變化很小），變速驅(qū)動(dòng)的羅茨鼓風(fēng)機(jī)負(fù)荷變化范圍在30-100%之間， 能夠在較大變負(fù)荷條件下實(shí)現(xiàn)安全平穩(wěn)運(yùn)行的風(fēng)機(jī)，完全滿(mǎn)足工藝要求的鼓風(fēng)機(jī)在額定流量的45%到100%之間運(yùn)行，且適用于含少量液體及微小固體顆粒等條件下安全運(yùn)行。

高速離心風(fēng)機(jī)適用于氣量較大的場(chǎng)合，轉(zhuǎn)速較高，風(fēng)量是通過(guò)軸向進(jìn)氣導(dǎo)葉及擴(kuò)壓器調(diào)節(jié)裝置，入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)的，其風(fēng)量受外界環(huán)境影響（溫度、壓力）而變化。一般情況下，流量調(diào)節(jié)范圍為額定流量的60%～110%，因本聯(lián)合裝置降膜蒸發(fā)器中重組份蒸發(fā)量發(fā)生波動(dòng)，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)風(fēng)機(jī)負(fù)荷在45-65%范圍內(nèi)運(yùn)行，而離心風(fēng)機(jī)在此負(fù)荷下運(yùn)行，配備的防喘振裝置可以有效地避免鼓風(fēng)機(jī)的喘振。因此，增加了機(jī)組的運(yùn)行能耗和工藝操作難度。

2.3 控制系統(tǒng)方面

羅茨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低，其控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單。

高還離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速高，需配備獨(dú)立的潤(rùn)滑油站，增加軸振動(dòng)、軸位移和軸瓦溫度等監(jiān)測(cè)控制儀表，并需設(shè)防喘振旁路系統(tǒng)，對(duì)調(diào)節(jié)控制儀表具有較高的精度和穩(wěn)定性要求。

2.4 能耗方面

羅茨風(fēng)機(jī)與電機(jī)采用直聯(lián)，不存在其他機(jī)械磨擦，機(jī)械效率高，容積效率高，絕熱效率也較高，而離心鼓風(fēng)機(jī)應(yīng)考慮將齒輪增速箱的傳動(dòng)損失計(jì)算入內(nèi)，其軸功率會(huì)較羅茨鼓風(fēng)機(jī)大。再則，羅茨風(fēng)機(jī)通過(guò)變頻調(diào)速，對(duì)風(fēng)機(jī)的效率影響很小。

高速離心風(fēng)機(jī)，在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)效率很高，而通過(guò)入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)氣量時(shí)， 其它流量點(diǎn)的效率均低于設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的效率， 在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)45-65%流量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，需投入防喘振系統(tǒng)，這樣能耗增加，效率下降，機(jī)組故障率會(huì)增加。

2.5 維護(hù)保養(yǎng)方面

羅茨風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)速低，采用飛濺式潤(rùn)滑，易損件少，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，易維護(hù)保養(yǎng)，運(yùn)行周期長(zhǎng)。

高速離心風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)速高，且有一定軸向推力，有獨(dú)立的潤(rùn)滑油系統(tǒng)，控制系統(tǒng)復(fù)雜，易損件多，對(duì)安裝、檢修要求高。

2.6 投資方面

羅茨風(fēng)機(jī)主要有主機(jī)、電機(jī)、變頻器等。 離心風(fēng)機(jī)主要有主機(jī)、變速箱、電機(jī)、潤(rùn)滑油站和控制系統(tǒng)等。 相比之下，國(guó)外大流量羅茨風(fēng)機(jī)比國(guó)內(nèi)離心風(fēng)機(jī)一次性投資高，但從該聯(lián)合裝置的工藝要求方面考慮，羅茨風(fēng)機(jī)較離心風(fēng)機(jī)全運(yùn)行周期費(fèi)用低。

3 結(jié)論

綜上所述，根據(jù)該聯(lián)合裝置的工藝特點(diǎn)，從鼓風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理、設(shè)計(jì)與制造、工藝操作、控制系統(tǒng)、能耗、檢修維護(hù)和投資等方面分析，羅茨風(fēng)機(jī)與離心風(fēng)機(jī)相比，羅茨風(fēng)機(jī)在額定的出口壓力下，可滿(mǎn)足額定流量45－100%負(fù)荷運(yùn)行，特別是在45－75%負(fù)荷下運(yùn)行，其排氣量不隨阻力大小而改變，適合要求穩(wěn)定流量之工藝流程。同時(shí)，羅茨風(fēng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)制造工藝成熟，安裝、操作、維護(hù)方便，全周期運(yùn)行成本較低。 因此，該聯(lián)合裝置的循環(huán)氣鼓風(fēng)機(jī)優(yōu)先選用羅茨風(fēng)機(jī)。

本文對(duì)循環(huán)氣鼓風(fēng)機(jī)造型的主要技術(shù)參數(shù)及要求進(jìn)行分析，再根據(jù)丁醇－2－丙基庚醇聯(lián)合裝置的工藝特點(diǎn)， 將羅茨風(fēng)機(jī)與離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行對(duì)比，得出羅茨風(fēng)機(jī)性能更佳。

本裝置為首套丁醇－2－丙基庚醇聯(lián)合裝置， 因此該循環(huán)風(fēng)機(jī)屬于首次應(yīng)用，現(xiàn)就從鼓風(fēng)機(jī)工藝、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等方面對(duì)設(shè)備選型與優(yōu)化進(jìn)行探討。

［1］何川，等.泵與風(fēng)機(jī)[M].中國(guó)電力出版社，2008－06－01.