MVR蒸發(fā)工藝系統(tǒng)中壓縮機的選用分析

盧奇，黃超，秦妮，周振，楊帆

工藝與裝備

MVR蒸發(fā)工藝系統(tǒng)中壓縮機的選用分析

盧奇1，2，黃超1，2，秦妮1，2，周振1，2，楊帆1，2

（1. 上海藍濱石化設備有限責任公司，上海 201518； 2．甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司，甘肅 蘭州 730070）

介紹化工及環(huán)保工程領域中MVR蒸發(fā)系統(tǒng)的工藝流程。蒸發(fā)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)點主要依附于壓縮機的選擇，目前市場上的壓縮機主要有羅茨式壓縮機、離心式壓縮機和旋渦式壓縮機，根據不同類型壓縮機的功能特點進行比較，探討不同工況下MVR蒸發(fā)系統(tǒng)中壓縮機的選用原則。

蒸發(fā)系統(tǒng)；羅茨式壓縮機；離心式壓縮機；旋渦式壓縮機

目前，世界各國均面臨著能源危機，而我國近年來一直提倡節(jié)能環(huán)保這種途徑來擺脫能源短缺，并以此作為我國的基本國策之一[1]。

蒸發(fā)作為化工基本工藝系統(tǒng)，被廣泛應用于生物制藥、果汁濃縮、廢水處理及海水淡化等行業(yè)，經過多年的工藝探索與升級，提出了機械蒸汽再壓縮技術（MVR）。

MVR蒸發(fā)工藝系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)點主要依附于壓縮機的選擇，目前工業(yè)應用最廣的壓縮機主要有羅茨式壓縮機、離心式壓縮機和旋渦式壓縮機3種類型，而根據不同工況，正確地選擇相應的壓縮機類型變得尤為重要。

1 MVR蒸發(fā)工藝系統(tǒng)工藝流程簡介

MVR蒸發(fā)工藝系統(tǒng)工藝流程簡圖如圖1所示。

圖2 MVR蒸發(fā)工藝系統(tǒng)工藝流程簡圖

本MVR蒸發(fā)工藝系統(tǒng)流程簡述如下：物料通過預熱器被新鮮蒸汽及板式蒸發(fā)器冷凝水預熱到蒸發(fā)要求溫度后，進入板式蒸發(fā)器物料側，在蒸發(fā)器內被汽側飽和蒸汽加熱，經受熱、沸騰、汽化后，沸騰的物料進入分離器，濃縮后的物料通過物料泵抽出，進入后續(xù)工段，而產生的二次蒸汽通過蒸汽聯(lián)管進入壓縮機進口被壓縮，重新被壓縮為溫度更高的飽和蒸汽后，回到蒸發(fā)器汽側，在蒸發(fā)器汽側經過放熱、冷凝過程后，再經過氣液分離罐將冷凝水排出，部分二次蒸汽及不凝氣進入冷凝器，被循環(huán)冷卻水進行換熱冷凝后，經冷凝水泵抽出，整個系統(tǒng)在負壓狀態(tài)下進行，靠真空泵保證負壓狀態(tài)。

2 壓縮機類型介紹

2.1 羅茨式壓縮機

工作原理：羅茨式壓縮機的工作原理類似于齒輪泵，屬于容積型壓縮機，機殼內有兩個特殊形狀的轉子，轉子一般有兩葉或三葉[2]，轉子葉片的凹入部分會與殼壁組成工作容積，在轉子的旋轉過程中帶走吸入口的氣體，從排氣口排出，其中因為有較高的壓力氣體回流，造成工作容積中壓力瞬間升高，進而使得氣體的溫度升高。

材質：根據工作介質（二次蒸汽）中夾帶物料多少而定，壓縮機關鍵部件即為轉子，一般采用鍍鎳、鍍鋅防腐碳鋼和不銹鋼加工而成。

優(yōu)點：羅茨式壓縮機的轉速一般在980~1 450 r·min-1，轉速較低，所以具有良好的穩(wěn)定性，壓縮比相對較高[3]，適用于處理高濃度廢水，設備總造價相對較低。

缺點：設備機體一般鑄造而成，相對笨重，且機構復雜，要求精加工，性能上排量相對過小、效率低，一般每次運轉2 000 h后需要檢修保養(yǎng)，導致其連續(xù)運轉性能差；同時羅茨風機噪聲頻譜較寬，且以63~8 000 Hz的低中頻噪音為主要成分，在運行中的噪聲高達100 dB以上，對人員健康傷害較大。

2.2 離心式壓縮機

離心式壓縮機分普通離心式壓縮機和單級高速離心式壓縮機2種。

工作原理：離心式壓縮機的工作原理類似離心泵，依靠動能轉化為勢能，屬于動力型壓縮機。離心式壓縮機可以利用高速旋轉的葉輪將氣體加速，氣體在離心力作用下被甩入壓縮機的擴壓腔內，從而葉輪處形成負壓，將進口蒸汽吸入，周而復始，依靠能量轉化，使蒸汽溫度升高。

材質：根據工作介質（二次蒸汽）中夾帶物料多少而定，壓縮機關鍵部件即為葉輪，一般采用雙相鋼或鈦合金等加工而成。

優(yōu)點：普通離心式壓縮機的轉速為6 000~9 000 r·min-1，單級高速離心式壓縮機葉輪外端線速度大于400 m·s-1，轉速最高可達30 000 r·min-1，并且漏氣率小，工作效率高，生產能力大，供氣量平穩(wěn)，除了聯(lián)軸器外，壓縮機腔內不需要潤滑，可避免潤滑油浪費，且不易漏油造成氣體污染。離心式壓縮風機噪音頻率在8 000～12 000 Hz，為高頻次生波噪音，超出了人耳敏感區(qū)，對人員的傷害并不大。

缺點：離心壓縮風機在輸氣管道上容易發(fā)生喘振，且壓比相對較低，因為葉輪轉速較高，所以一般應用于大中流量場合，而不適合小流量場合。

2.3 旋渦式壓縮機

工作原理：旋渦式壓縮機是一種介于離心式與容積式之間的壓縮機，屬于摩擦型壓縮機[4]。它是有兩個雙函數方程型線的動、靜渦盤相互咬合而成，氣體通過空氣濾芯吸入靜盤周圍，隨著偏心軸的旋轉，氣體在動靜盤噬合所組成的若干個月牙形壓縮腔內被逐步壓縮，然后由靜盤中心部件的軸向孔連續(xù)排出，借助流體之間的動能交換來傳遞能量，獲得高品質蒸汽。

材質：根據工作介質（二次蒸汽）中夾帶物料多少而定，壓縮機結構件材質一般采用碳鋼或不銹鋼等加工而成。

優(yōu)點：旋渦式壓縮機由于運動部件少，沒有往復運動機構，所以結構相對簡單，體積小，重量輕，密封性好。因為動渦盤與主軸等運動部件的受力變化小，而使得設備本體震動小，運行平穩(wěn)，相對的噪音很低，不會對人體造成傷害。

缺點：旋渦式壓縮機由于運動機件表面多為曲面形狀，勢必增加加工難度，而需要高精度的加工儀器及精準的調心裝配技術，因此設備成本較高。由于其工作原理為借助流體之間的動力轉換來傳遞能量，并伴有較大的沖擊損失，所以工作效率較低。

3 壓縮機類型的選用分析

壓縮機的選用一般根據工作介質的壓力、溫度、流量及要求的溫升等參數來確定壓縮機的型式、材質、處理能力及結構尺寸等內容。

3.1 從技術層面考慮

3種類型壓縮機處理的溫升不同，其中羅茨式壓縮機的溫升范圍在22~25 ℃，普通離心式壓縮機的溫升范圍在8~10 ℃，單級高速離心式壓縮機的溫升范圍在25~30 ℃。如工藝要求溫升高于10 ℃的情況下就只能考慮羅茨式壓縮機或單級高速離心式壓縮機，而通過考慮其處理量的差異，如果處理量小的話可以考慮羅茨式壓縮機，反之，則應優(yōu)先考慮單級高速離心式壓縮機。如果場地有限制，要求體積小、質量輕等，則考慮選擇旋渦式壓縮機。

在高溫高濕的工作環(huán)境中，且介質存在腐蝕性，材質應以不銹鋼或雙相鋼為首選，而3種類型壓縮機中，由于羅茨式壓縮機是通過兩個轉子相互嚙合旋轉，而應具備一定間隙，由于不銹鋼要比碳鋼軟很多，所以運行中轉子形變會相對較大，運行周期過長，會造成轉子間的間隙逐漸縮小，最終咬合在一起，導致壓縮機失效，所以此時更應考慮離心式壓縮機。

3.2 從經濟層面考慮

在使用條件相同的情況下，運行成本需要考慮在內，不同的設備形式，其功率均不相同，耗電量則不相同，其前期配套的場地基建投資均有差異，后期的運行費用（如循環(huán)水用量、儀表氣、密封氣補氣[5]等）也需要進行考慮。

4 結束語

機械蒸汽再壓縮技術（MVR）在近年來節(jié)能環(huán)保的大環(huán)境下得到越來越廣泛的應用，隨著MVR工藝系統(tǒng)的逐漸成熟，其中壓縮機的正確選用就顯得尤為重要。本文對3種類型的常用壓縮機的原理及優(yōu)缺點等進行了對比分析，可以為壓縮機的選擇提供一些參考。

［1］李偉，朱曼利，洪厚勝. 機械蒸汽再壓縮技術（MVR）研究現狀[J]. 現代化工，2016，36（11）：28-31.

［2］劉德亮. 機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)結晶系統(tǒng)性能研究[D]. 浙江：浙江工業(yè)大學，2013.

［3］顧承真，洪厚勝，張志強，等. 羅茨壓縮機驅動MVR熱泵系統(tǒng)的實驗研究[J]. 化工進展，2015，34（6）：1602-1612.

［4］湯添鈞，劉成剛，李偉華. 離心式與旋渦式壓縮機驅動的MVR系統(tǒng)運行效果比較[J]. 食品與機械，2016，32（10）：97-204.

［5］李旭東，肖麗，陳琦. 淺談工藝離心壓縮機的選用方法[J]. 燃料與化工，2015，46（4）：56-58.

一、基本情況

2018年1月，遼寧省人民政府批準成立了本溪南芬經濟開發(fā)區(qū)，為省級經濟開發(fā)區(qū)。本溪南芬經濟開發(fā)區(qū)以遼寧南芬鑄件產業(yè)園為核心區(qū)和起步區(qū)，整合南芬區(qū)下馬塘街道辦事處區(qū)域和南芬區(qū)新材料產業(yè)園而形成。本溪南芬經濟開發(fā)區(qū)規(guī)劃總面積29.87平方公里，其中，鑄件產業(yè)園鑄造板塊規(guī)劃面積7.97平方公里、化工板塊規(guī)劃面積1.19平方公里；新材料產業(yè)園規(guī)劃面積2平方公里，下馬塘街道辦事處規(guī)劃面積18.71平方公里。

遼寧南芬鑄件產業(yè)園作為經濟開發(fā)區(qū)的核心區(qū)域，于2010年5月經本溪市人民政府批準成立的市級工業(yè)產業(yè)園區(qū)，行使市級經濟管理權限和相關社會管理權限；2012年園區(qū)被納入全省100個工業(yè)產業(yè)集群考核；2014年成為南芬區(qū)國家獨立工礦區(qū)改造產業(yè)轉移承接地。2018年1月，獲省政府批準晉升為省級經濟開發(fā)區(qū)，定名為本溪南芬經濟開發(fā)區(qū)。

二、核心區(qū)域規(guī)劃和環(huán)評審批手續(xù)情況

遼寧南芬鑄件產業(yè)園產業(yè)發(fā)展規(guī)劃于2010年10月獲得本溪市人民政府批準實施；園區(qū)土地總體利用規(guī)劃于2011年獲得遼寧省人民政府批準實施；園區(qū)控制性詳細規(guī)劃于2012年8月獲得南芬區(qū)人民政府批準實施；園區(qū)控制性詳細規(guī)劃環(huán)評于2014年5月獲得本溪市環(huán)保局批準實施；2017年12月，園區(qū)控制性詳細規(guī)劃（2017年修編）獲得南芬區(qū)人民政府批準實施；2018年4月，園區(qū)控制性詳細規(guī)劃（2017年修編）環(huán)評獲本溪市環(huán)保局批準實施。

三、核心區(qū)域化工板塊情況

2018年，南芬區(qū)立足區(qū)域產業(yè)和資源，以市場為導向，促進產業(yè)結構優(yōu)化升級，通過實施項目拉動戰(zhàn)略和推進技術進步，在本溪南芬經濟開發(fā)區(qū)起步區(qū)內（遼寧南芬鑄件產業(yè)園）規(guī)劃1.19平方公里土地，建設了化工板塊。以精細化工作為園區(qū)化工板塊主導產業(yè)，大力發(fā)展醫(yī)藥化工，鼓勵發(fā)展塑料助劑、鑄造助劑等相關產業(yè)，形成具有特色的現代新型精細化工產業(yè)基地。通過核心區(qū)域化工板塊的設立，本溪圣華化工搬遷改造項目、年產20萬噸硅酸鈉生產線項目，擬入駐本溪南芬經濟開發(fā)區(qū)。

Analysis on Selection of Compressor in MVR Evaporation Process System

1,2,1,2,1,2,1,2,1,2

（1. Shanghai Lanbin Petrochemical Equipment Co., Ltd., Shanghai 201518, China;2. Lanpec Technologies Limited, Lanzhou Gansu 730070, China）

The process flow of MVR evaporation system in the field of chemical engineering and environmental protection engineering was introduced. To realize the energy-saving advantage of the evaporation system mainly depends on the choice of compressor. The compressors in the market mainly include Roots compressors, centrifugal compressors and scroll compressors. According to the functional characteristics of different types of compressors, they are compared and analyzed. Under different working conditions, the principle of compressor selection in MVR evaporation system was discussed.

Evaporation system; Roots compressor; Centrifugal compressor; Vortex compressor

TH45

B

1004-0935（2020）07-0817-03

甘肅省科技計劃資助項目（項目編號：18YF1GA005）。

2020-07-04

盧奇（1987-），男，工程師，黑龍江省大慶市人，研究方向：蒸發(fā)傳熱、結晶技術及板式換熱器。