11.4.1 Центробежные компрессорные установки

Для современных высокопроизводительных линий производства аммиака используются центробежные компрессорные установки.

На Украине производства аммиака функционируют на предприятиях «Азот» городов: Северодонецк, Черкассы, Днепродзержинск, «Стирол» г. Горловка и на Одесском припортовом заводе. Компрессорные установки поставки фирм Японии («Хитачи», «Мицубиси»), Франции («Крезолуар»), Казанского компрессорного завода. Эти установки однотипны как по параметрам технологического процесса, так и конструктивно. Последнее объясняется тем, что конструкции компрессоров базируются на лицензии фирмы «Дрессер» (США), купленной фирмами в 60-е годы ХХ в.

Компрессорные установки для производства синтеза аммиака – высокопроизводительные, высоконагруженные, многокорпусные, многоступенчатые (секционные) с циркуляционной ступенью. Это наиболее сложные турбокомпрессорные установки из известных в мировой практике. Технологическая схема установки приведена на рис.11.3.

а) Воздушный компрессор .

 

 

б) Компрессор природного газа . .

 

в) Компрессор азотоводородной смеси . .

 

Эти установки объединены в единый технологический комплекс. Первые две установки работают параллельно на получение азота и водорода, третья, подключена к ним последовательно, компримирует азотоводородную смесь для получения аммиака.

Наиболее сложный и нагруженный компрессор синтез-газа (азотоводородной смеси) заслуживает более детального рассмотрения. Схема компрессора представлена на рис.11.4. Компрессор 3 корпусной, 4 секционный, 27 ступенчатый, одновальный, с паротурбинным приводом.

Основными проблемами при создании и эксплуатации таких установок являются – уплотнения концов валов, осевые силы и динамика ротора.

Герметизация валов производится посредством маслозапорных уплотнений с плавающими кольцами.

Схема уплотнений для каждого корпуса симметрична, т.е. узлы уплотнений со стороны всасывания и нагнетания работают при одинаковом уплотняемом давлении, что достигается соединением соответствующих камер перед уплотнением по газу с помощью перепускных каналов. Разница давлений на нагнетательной стороне срабатывается на лабиринтном уплотнении.

Конструкция уплотнения ясна из рис.11.5. Внутренние (маслогазовое) и наружное (масляное) кольца установлены в гнезде с возможностью радиального перемещения. Необходимое прижатие буртов колец к торцовым стенкам корпуса осуществляется с помощью упругих элементов (пружин или резиновых колец), установленных между кольцами. Гидродинамическая сила в слое смазки между кольцом и вращающимся валом отжимает кольца от поверхности вала, предотвращая касание.

Запирание газа происходит на внутреннем кольце, где некоторое небольшое превышение давления масла над газом предотвращает прорыв газа из компрессора вовне. Некоторое количество протекающего через зазор в кольце масла сливается в маслоотводчик, а из последнего через дегазатор, бак-отстойник, охладители и фильтры с помощью насосов направляются опять в систему. Схема системы уплотнений показана на рис.11.5.

 

Рисунок 11.5 – Схема концевого уплотнения и система уплотнения:

1 – корпус уплотнения; 2 – наружное уплотнительное кольцо; 3 – «маслогазовое» кольцо; 4, 5 – маслонасосы низкого и высокого давления; 6 – редукционный клапан; 7 – напорная емкость; 8 – маслоотводник; 9 – дюза; 10 – дегазатор; 11 – маслобак; 12 – маслоохладитель; 13 – фильтр

Из-за высокого перепада давлений между нагнетанием и всасыванием могут возникать очень большие осевые силы, действующие на ротор, и не всегда можно применить разгрузочный поршень.

Проблема разгрузки осевых сил решается следующими путями (рис.11.6):

 - устройством уравнительных линий, соединяющих одноименные полости концевых уплотнений цилиндров (корпусов);

 - расположением рабочих колес по схеме «спина к спине»;

 - принятием одинаковых диаметров лабиринтных уплотнений вала одноименных элементов.

 

 

Динамика ротора обуславливается воздействием следующих факторов:

 – газа высокой плотности в проточной части, могут возникать автоколебания – вибрация – авария;

 – влиянием динамического поведения плавающих колец уплотнений – радиальными и угловыми колебаниями, потери подвижности колец и др.

 – механическими характеристиками роторной системы (вал + подшипники + соединительные муфты).

Установка в корпусе высокого давления циркуляционной ступени еще более усложняет конструкцию компрессора.

В некоторых производствах вместо циркуляционной ступени применяются отдельные циркуляционные центробежные компрессоры типа ЦЦК (рис. 11.7). Поскольку они работают при давлении 290/320 атм, то с целью избегания проблем с уплотнением концов вала компрессора весь компрессор в сборе с электродвигателем устанавливается внутри капсулы прочного корпуса.

 

 

Рисунок 11.7 – Циркуляционный компрессор ЦЦК:

1 – корпус; 2 – многоступенчатый компрессор;

3 – электродвигатель; 4 – токоввод

Т.к. обороты асинхронного электродвигателя не высокие 3000 об/мин, компрессор состоит из 11-13 ступеней, чтоб создать перепад давления 20-25 атм.

Сжатая азотоводородная смесь прокачивается через электродвигатель, охлаждая его.

Используются только шариковые и роликовые подшипники с консистентной смазкой, что исключает загрязнение газа маслом.

Проблема осевых сил решается путем устройства лабиринтных уплотнений колес, промежуточных втулок и думмиса на одном диаметре.