高溫升蒸汽壓縮機(jī)在精餾塔系統(tǒng)中的應(yīng)用

毛佳佳，吳勇前，高亞威，王建松

（浙江奇彩環(huán)境科技股份有限公司，浙江 紹興312016）

1 背景和意義

在石油和化工生產(chǎn)中，精餾塔發(fā)生連續(xù)排放的現(xiàn)象比較普遍，比如煉油生產(chǎn)中催化裂化分餾塔、氣分裝置的脫丙烷塔、順丁橡膠中的脫水塔、丁二烯回收塔、乙烯的脫甲烷塔以及電石法生產(chǎn)聚氯乙烯時(shí)，從尾冷器排出的尾氣都是一種VOCs 的有組織排放。精餾塔排放的尾氣是石油和化工生產(chǎn)中產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)污染物最大的源頭，精餾塔放空也是石油和化工生產(chǎn)中難以解決的共性問(wèn)題。

2 應(yīng)用描述

2.1 應(yīng)用方式

精餾塔系統(tǒng)流程如圖1 所示。

圖1 精餾塔系統(tǒng)流程圖

如圖1 所示，精餾塔尾氣自循環(huán)利用系統(tǒng)包括一級(jí)預(yù)熱器、二級(jí)預(yù)熱器、精餾塔、蒸汽發(fā)生器、蒸汽緩沖罐和離心式蒸汽壓縮機(jī)組，高溫升蒸汽壓縮機(jī)組包括高溫升壓縮機(jī)和潤(rùn)滑油冷卻器；系統(tǒng)的補(bǔ)水采用去離子水，包括去離子水罐和去離子水泵。

系統(tǒng)包括精餾水管網(wǎng)、去離子水管網(wǎng)、生蒸汽管網(wǎng)、壓縮空氣管道和循環(huán)冷卻水管網(wǎng)以及低壓蒸汽管網(wǎng)。其中，精餾水管網(wǎng)與一級(jí)預(yù)熱器、二級(jí)預(yù)熱器、精餾塔和蒸汽發(fā)生器連通；去離子水管網(wǎng)與二級(jí)預(yù)熱器、精餾塔、蒸汽發(fā)生器、蒸汽緩沖罐和高溫升壓縮機(jī)連通；生蒸汽管網(wǎng)與高溫升壓縮機(jī)、精餾塔和蒸汽發(fā)生器連通；循環(huán)冷卻水管網(wǎng)與潤(rùn)滑油冷卻器連通。

精餾原水經(jīng)一級(jí)預(yù)熱器和二級(jí)預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入精餾塔，精餾塔排出的尾氣進(jìn)入蒸汽發(fā)生器內(nèi)與去離子水換熱產(chǎn)生二次蒸汽，二次蒸汽經(jīng)蒸汽緩沖罐緩沖后進(jìn)入高溫升蒸汽壓縮機(jī)，經(jīng)高溫升壓縮機(jī)做功后進(jìn)入精餾塔內(nèi)部作為循環(huán)物料的加熱介質(zhì)；經(jīng)高溫升蒸汽壓縮機(jī)做功后的二次蒸汽也可通過(guò)閥門(mén)切換直接排入低壓蒸汽管網(wǎng)。

2.2 蒸汽再壓縮工序

界外補(bǔ)充去離子水在蒸汽發(fā)生器中被精餾塔尾氣加熱形成沸騰狀態(tài)，去離子水在蒸汽發(fā)生器內(nèi)蒸發(fā)，為了保證高溫升壓縮機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)生的二次蒸汽首先進(jìn)入蒸汽緩沖罐緩沖，再經(jīng)高溫升蒸汽壓縮機(jī)做功提高其熱焓和壓力后，進(jìn)入精餾塔內(nèi)部加熱器管程作為循環(huán)物料的加熱介質(zhì)，如此以少量電能做功將產(chǎn)生的二次蒸汽加以利用，大大節(jié)省了生蒸汽的耗量。蒸汽緩沖罐設(shè)置減壓閥，通過(guò)減壓閥控制緩沖罐蒸汽壓力，穩(wěn)定了進(jìn)入壓縮機(jī)的蒸汽壓力，大大降低了高溫升壓縮機(jī)喘振的風(fēng)險(xiǎn)。

因此，通過(guò)高溫升蒸汽壓縮機(jī)有效利用精餾塔尾氣余熱，以少量電能做功將產(chǎn)生的二次蒸汽加以利用，大大節(jié)省了生蒸汽的耗量，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3 高溫升蒸汽壓縮機(jī)

3.1 高溫升壓縮機(jī)的原理

蒸汽通過(guò)壓縮機(jī)進(jìn)口進(jìn)入工作葉輪，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對(duì)氣體做功，使氣體加速，并提升氣體的壓力，加速后的氣體經(jīng)過(guò)擴(kuò)壓器及蝸殼減速擴(kuò)壓，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，即完成了一級(jí)增壓過(guò)程，高溫升蒸汽壓縮機(jī)通常需要經(jīng)過(guò)二到三級(jí)的壓縮來(lái)達(dá)到高溫升（溫升24 ℃以上）的要求。氣動(dòng)設(shè)計(jì)采用CFD 數(shù)值計(jì)算軟件對(duì)設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)進(jìn)行模擬計(jì)算，如圖2 所示。

圖2 一級(jí)壓縮氣動(dòng)設(shè)計(jì)模型曲線

3.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

高溫升蒸汽壓縮機(jī)相比于單級(jí)高速蒸汽壓縮機(jī)（24 ℃以下溫升）不同之處在于：?jiǎn)渭?jí)高速蒸汽壓縮機(jī)為單級(jí)壓縮，而高溫升壓縮機(jī)需要多級(jí)壓縮才能達(dá)到設(shè)計(jì)溫升的要求，其余組成部分與單級(jí)蒸汽壓縮機(jī)相同。主要部分為變頻電機(jī)、PLC 控制柜、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、增速箱、聯(lián)軸器、一級(jí)轉(zhuǎn)子本體、二級(jí)轉(zhuǎn)子本體、級(jí)間管道，如圖3 和圖4 所示。各級(jí)噴淋系統(tǒng)和排水系統(tǒng)需精餾塔系統(tǒng)配套，設(shè)備本體圖中無(wú)法顯示。

圖3 高溫升蒸汽壓縮機(jī)實(shí)物圖（二級(jí)壓縮38 ℃溫升）

圖4 高溫升蒸汽壓縮機(jī)實(shí)物圖 （四級(jí)壓縮64 ℃溫升）

壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)通過(guò)變頻器低速軟起動(dòng)，通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)增速箱低速軸，低速軸大齒輪驅(qū)動(dòng)高速軸，達(dá)到增速的目的，高速軸同時(shí)直聯(lián)兩只葉輪，蒸汽先經(jīng)過(guò)一級(jí)葉輪做功，經(jīng)過(guò)噴淋至飽和蒸汽后進(jìn)入二級(jí)葉輪再次做功，實(shí)現(xiàn)高溫升的目的。壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，潤(rùn)滑油系統(tǒng)通過(guò)主泵和輔助油泵，經(jīng)過(guò)冷卻器和過(guò)濾器給增速箱提供潤(rùn)滑油，保證壓縮機(jī)的正常運(yùn)行。

3.3 連鎖控制方案

二級(jí)蒸汽壓縮機(jī)連鎖控制點(diǎn)如表1 所示（以二級(jí)壓縮為例）。

表1 二級(jí)蒸汽壓縮機(jī)連鎖控制點(diǎn)

表1 （續(xù)）

4 結(jié)束語(yǔ)

高溫升蒸汽壓縮機(jī)利用在精餾塔系統(tǒng)，通過(guò)高溫升壓縮機(jī)有效利用精餾塔尾氣余熱，以少量電能做功將產(chǎn)生的二次蒸汽加以利用，大大節(jié)省了生蒸汽的耗量，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，很好地解決了精餾塔尾氣產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)污染物排放難題。