二氧化碳检测仿真之CO2压缩机仿真单元操作手册.docx

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二氧化碳检测仿真之CO2压缩机仿真单元操作手册

二氧化碳检测仿真

CO2压缩机仿真单元操作手册

第一章装置概况------------------------------------------------------------------------3

第一节单元简介----------------------------------------------------------------------------------------3

1.离心式压缩机工作原理--------------------------------------------------------------------------------3

2.离心式压缩机的喘振现象及防止措施--------------------------------------------------------------3

3.离心式压缩机的临界转速-----------------------------------------------------------------------------4

4.离心式压缩机的结构-----------------------------------------------------------------------------------4

5.汽轮机的工作原理---------------------------------------------------------------------------------------5

第二节工艺流程简述-----------------------------------------------------------------------------------5

1.CO2流程说明------------------------------------------------------------------------------5

2.蒸汽流程说明---------------------------------------------------------------------------------------------6

第三节工艺仿真范围-----------------------------------------------------------------------------------6

第二章主要设备列表-----------------------------------------------------------------------7

第三章正常操作工艺指标-----------------------------------------------------------------8

第四章工艺报警及联锁系统--------------------------------------------------------------9

1.工艺报警及联锁说明------------------------------------------------------------------------------------9

2.工艺报警及联锁触发值---------------------------------------------------------------------------------10

第五章工艺操作规程-----------------------------------------------------------------------11

第一节冷态开车-------------------------------------------------------------------------------------------11

第二节正常停车-------------------------------------------------------------------------------------------15

第六章事故列表-----------------------------------------------------------------------------16

第七章仿真DCS画面---------------------------------------------------------------------19

第一章装置概况

第一节单元简介

CO2压缩机单元是将合成氨装置的原料气CO2经本单元压缩做工后送往下一工段尿素合成工段，采用的是以汽轮机驱动的四级离心压缩机。

其机组主要由压缩机主机、驱动机、润滑油系统、控制油系统和防喘振装置组成。

1.离心式压缩机工作原理

离心式压缩机的工作原理和离心泵类似，气体从中心流入叶轮，在高速转动的叶轮的作用下，随叶轮作高速旋转并沿半径方向甩出来。

叶轮在驱动机械的带动下旋转，把所得到的机械能转通过叶轮传递给流过叶轮的气体，即离心压缩机通过叶轮对气体作了功。

气体一方面受到旋转离心力的作用增加了气体本身的压力，另一方面又得到了很大的动能。

气体离开叶轮后，这部分速度能在通过叶轮后的扩压器、回流弯道的过程中转变为压力能，进一步使气体的压力提高。

离心式压缩机中，气体经过一个叶轮压缩后压力的升高是有限的。

因此在要求升压较高的情况下，通常都有许多级叶轮一个接一个、连续地进行压缩，直到最末一级出口达到所要求的压力为止。

压缩机的叶轮数越多，所产生的总压头也愈大。

气体经过压缩后温度升高，当要求压缩比较高时，常常将气体压缩到一定的压力后，从缸内引出，在外设冷却器冷却降温，然后再导入下一级继续压缩。

这样依冷却次数的多少，将压缩机分成几段，一个段可以是一级或多级。

2.离心式压缩机的喘振现象及防止措施

离心压缩机的喘振是操作不当，进口气体流量过小产生的一种不正常现象。

当进口气体流量不适当地减小到一定值时，气体进入叶轮的流速过低，气体不再沿叶轮流动，在叶片背面形成很大的涡流区，甚至充满整个叶道而把通道塞住，气体只能在涡流区打转而流不出来。

这时系统中的气体自压缩机出口倒流进入压缩机，暂时弥补进口气量的不足。

虽然压缩机似乎恢复了正常工作，重新压出气体，但当气体被压出后，由于进口气体仍然不足，上述倒流现象重复出现。

这样一种在出口处时而倒吸时而吐出的气流，引起出口管道低频、高振幅的气流脉动，并迅速波及各级叶轮，于是整个压缩机产生噪音和振动，这种现象称为喘振。

喘振对机器是很不利的，振动过分会产生局部过热，时间过久甚至会造成叶轮破碎等严重事故。

当喘振现象发生后，应设法立即增大进口气体流量。

方法是利用防喘振装置，将压缩机出口的一部份气体经旁路阀回流到压缩机的进口，或打开出口放空阀，降低出口压力。

3.离心式压缩机的临界转速

由于制造原因，压缩机转子的重心和几何中心往往是不重合的，因此在旋转的过程中产生了周期性变化的离心力。

这个力的大小与制造的精度有关，而其频率就是转子的转速。

如果产生离心力的频率与轴的固有频率一致时，就会由于共振而产生强烈振动，严重时会使机器损坏。

这个转速就称为轴的临界转速。

临界转速不只是一个，因而分别称为第一临界转速、第二临界转速等等。

压缩机的转子不能在接近于各临界转速下工作。

一般离心泵的正常转速比第一临界转速低，这种轴叫做刚性轴。

离心压缩机的工作转速往往高于第一临界转速而低于第二临界转速，这种轴称为挠性轴。

为了防止振动，离心压缩机在启动和停车过程中，必须较快地越过临界转速。

4.离心式压缩机的结构

离心式压缩机由转子和定子两大部分组成。

转子由主轴、叶轮、轴套和平衡盘等部件组成。

所有的旋转部件都安装在主轴上，除轴套外，其它部件用键固定在主轴上。

主轴安装在径向轴承上，以利于旋转。

叶轮是离心式压缩机的主要部件，其上有若干个叶片，用以压缩气体。

气体经叶片压缩后压力升高，因而每个叶片两侧所受到气体压力不一样，产生了方向指向低压端的轴向推力，可使转子向低压端窜动，严重时可使转子与定子发生摩擦和碰撞。

为了消除轴向推力，在高压端外侧装有平衡盘和止推轴承。

平衡盘一边与高压气体相通，另一边与低压气体相通，用两边的压力差所产生的推力平衡轴向推力。

离心式压缩机的定子由气缸、扩压室、弯道、回流器、隔板、密封、轴承等部件组成。

气缸也称机壳，分为水平剖分和垂直剖分两种形式。

水平剖分就是将机壳分成上下两部分，上盖可以打开，这种结构多用于低压。

垂直剖分就是筒型结构，由圆筒形本体和端盖组成，多用于高压。

气缸内有若干隔板，将叶片隔开，并组成扩压器和弯道、回流器。

为了防止级间窜气或向外漏气，都设有级间密封和轴密封。

离心式压缩机的辅助设备有中间冷却器、气液分离器和油系统等。

5.汽轮机的工作原理

汽轮机又称为蒸汽透平，是用蒸汽做功的旋转式原动机。

进入汽轮的高压、高温蒸汽，由喷嘴喷出，经膨胀降压后，形成的高速气流按一定方向冲动汽轮机转子上的动叶片，带动转子按一定速度均匀地旋转，从而将蒸汽的能量转变成机械能。

由于能量转换方式不同，汽轮机分为冲动式和反动式两种，在冲动式中，蒸汽只在喷嘴中膨胀，动叶片只受到高速气流的冲动力。

在反动式汽轮机中，蒸汽不仅在喷嘴中膨胀，而且还在叶片中膨胀，动叶片既受到高速气流的冲动力，同时受到蒸汽在叶片中膨胀时产生的反作用力。

根据汽轮机中叶轮级数不同，可分为单极或多极两种。

按热力过程不同，汽轮机可分为背压式、凝气式和抽气凝气式。

背压式汽轮机的蒸汽经膨胀做功后以一定的温度和压力排出汽轮机，可继续供工艺使用；凝气式蒸汽轮机的进气在膨胀做功后，全部排入冷凝器凝结为水；抽气凝气式汽轮机的进气在膨胀做功时，一部分蒸汽在中间抽出去作为其它用，其余部分继续在气缸中做功，最后排入冷凝器冷凝。

第二节工艺流程简述

1.CO2流程说明：

来自合成氨装置的原料气CO2压力为150Kpa（A），温度38℃，流量由FR8103计量，进入CO2压缩机一段分离器V-111，在此分离掉CO2气相中夹带的液滴后进入CO2压缩机的一段入口，经过一段压缩后，CO2压力上升为0.38Mpa（A）,温度194℃，进入一段冷却器E-119用循环水冷却到43℃，为了保证尿素装置防腐所需氧气，在CO2进入E-119前加入适量来自合成氨装置的空气，流量由FRC-8101调节控制，CO2气中氧含量0.25-0.35%，在一段分离器V-119中分离掉液滴后进入二段进行压缩，二段出口CO2压力1.866Mpa（A）,温度为227℃。

然后进入二段冷却器E-120冷却到43℃，并经二段分离器V-120分离掉液滴后进入三段。

在三段入口设计有段间放空阀。

便于低压缸CO2压力控制和快速泄压，CO2经三段压缩后压力升到8.046Mpa（A），温度214℃，进入三段冷却器E-121中冷却。

为防止CO2过度冷却而生成干冰，在三段冷却器冷却水回水管线上设计有温度调节阀TV-8111，用此阀来控制四段入口CO2温度在50-55℃之间。

冷却后的CO2进入四段压缩后压力升到15.5Mpa（A）,温度为121℃，进入尿素高压合成系统。

为防止CO2压缩机高压缸超压、喘振，在四段出口管线上设计有四回一阀HV-8162（即HIC8162）。

2.蒸汽流程说明：

主蒸汽压力5.882Mpa.湿度450℃，流量82t/hr，进入透平做功，其中一大部分在透平中部被抽出，抽汽压力2.598Mpa，温度350℃，流量54.4t/hr，送至框架，另一部分通过中压调节阀进入透平后汽缸继续做功，做完功后的乏汽进入蒸气冷凝系统。

第三节工艺仿真范围

1．工艺范围

二氧化碳压缩、透平机、油系统

2．边界条件

所有各公用工程部分：

水、