离心压缩机上的注水技术应用

刘文明 王蕾 沈阳鼓风机集团股份有限公司 沈阳 110869

离心压缩机上的注水技术应用

刘文明*王蕾 沈阳鼓风机集团股份有限公司 沈阳 110869

分析在离心压缩机内部应用注水技术的可行性。

离心压缩机设计注水技术应用

乙烯装置是石化工业深加工的装置，由于压缩输送介质是从裂解炉来的裂解气，其组份有40多种，包括烯烃类、高分子烯烃、过氧化物、硫化物和氧化氮等，这些组份物质在一定温度和压力下会发生聚合反应，形成类似焦油的粘稠沉淀物，阻塞叶轮、隔板、机壳流道和密封，影响压缩机气动性能、机械性能和寿命。因此世界上各压缩机制造商均设法避免和限制这种聚合反应。注水技术是将压缩机注入一定量的水，水在压缩机内部靠高温介质汽化，由液态变为汽态所需热量由压缩机介质释放的热量提供。

1 离心压缩机的工作过程

离心压缩机是一种叶片旋转式机械，其通流部分主要由进风筒、进气蜗室、叶轮、扩压器、弯道、回流器等组成。压缩机外形见图1。

图1 压缩机外形及注水位置图

工艺流程:从离心压缩机进风筒吸进的气体经进气蜗室进入叶轮，利用叶片和气体的相互作用将机械能转化成气体的压力能及动能，提高气体压力及速度，气体由叶轮进入扩压器，一部分动能转化为压力能，气体压力继续提高，速度下降后进入弯道，经过回流器进入下一级压缩，在压缩过程中大部分能量转化为压力能，小部分转化为热能。由于气体经几级压缩后温度较高，不利于继续压缩，需通过出口蜗室及出风筒引入气体冷却器冷却后再继续压缩。例如:二缸四段14级配置的压缩机组，主要经过三次冷却，压缩→冷却→再压缩→再冷却。其工艺流程相对比较复杂，具体流程见图2。

图2 机组流程示意图

2 注水技术的应用

注水技术可以简化上述工艺流程，压缩机内介质不需要通过管道引入气体冷却器，而是直接喷水冷却降温。这样便可减少设备，降低投资。具体流程见图3。

图3 带注水系统的机组流程示意图

该工艺流程:首先，在压缩机叶轮出口后的弯道内注入纯净水，纯净水通过喷头在一定压力作用下雾化，雾化后的水与压缩机内的高温介质混合，液态水吸收介质的热量汽化，从而降低压缩机内介质的温度。采用连续注水方式，靠水的蒸发冷却介质。水在100℃下蒸发潜热(即汽化热)大约为2262kJ/kg，而水的传热可以忽略不计，因为水从30℃到100℃时仅仅为293 kJ/kg。

从热力学分析来看:注水降低了每级的出口温度，减少了规定压比所需的压头;同时通过注水使总的质量流量增加，总的气水混合物分子量减少，增加了所需的压头。但总的效应是降低压缩机耗功。由于注水发生在压缩机的级间，每一级的流量和温度都发生了变化，对压缩机的气动方案有一定的影响，所以，在气动计算时要充分考虑水的潜热和水的流量对压缩过程的影响，在注水过程中，雾化后的液滴大小是很重要的。为了达到最大的热传导，充分发挥水的汽化潜热，雾化程度要高，务必使水完全汽化;同时，液滴喷射面的角度要合适，应满足一定要求。为保证上述要求，注水喷嘴前后液汽间应有一定的差压。

综上所述，虽然注入的水会增加压缩机的流量，增加能量消耗，但由于各压缩级温度的降低，使得压缩机的效率提高(近似于等熵压缩)，同时减少流程中管道、冷却器、压缩机进出口蜗室的损失。最终的结果是提高了压缩机效率，降低了机组功耗。注入的水在最终冷却器冷却后分离排出。

3 注水系统设计要求

(1)为保证水的质量和洁净，水应为锅炉供水，或汽轮机冷凝水经脱盐软化的水。含氧量要低。

(2)水温度需在30～60℃。

(3)水中无固体物，如油、污物和其它杂物。

(4)喷嘴、管嘴支架及其它附属设备材质应为不锈钢。

(5)随着连续注水，直到出口处饱和，在工艺级之间换热器内流体量增加了，因此分离器和蒸汽收集器必须有足够能力来承担这些附加的负荷。

4 结语

沈阳鼓风机集团股份有限公司先后为大庆石化、上海石化、茂名石化、沈阳化工等生产的裂解气压缩机采用了裂解气压缩机注水技术，都取得了满意的结果。

注水技术的成功应用是国内压缩机设计技术的进步。该项技术已推广应用到焦化气、水煤气、火炬气等装置用离心压缩机和冶金类高炉鼓压风机上，具有很高的推广应用价值。

1 汪创华，薛宇飞，马志宏．裂解气压缩机的注水技术［J］．风机技术，2002(3)．

2 迟国政．裂解气压缩机注水系统技术改造［J］．化工机械，2012(1)．

3 西安交通大学透平压缩机教研室．离心压缩机原理［M］．北京:机械工业出版社，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

*刘文明:高级工程师。1988年毕业于沈阳机械工业职工大学。从事压缩机设计工作。联系电话:(024)25800167。

2012－06－04)