高溫升蒸汽壓縮機在精餾塔系統(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，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)包括一級預(yù)熱器、二級預(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組，高溫升蒸汽壓縮機組包括高溫升壓縮機和潤滑油冷卻器；系統(tǒng)的補水采用去離子水，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)與一級預(yù)熱器、二級預(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連通；生蒸汽管網(wǎng)與高溫升壓縮機、精餾塔和蒸汽發(fā)生器連通；循環(huán)冷卻水管網(wǎng)與潤滑油冷卻器連通。

精餾原水經(jīng)一級預(yù)熱器和二級預(yù)熱器預(yù)熱后進入精餾塔，精餾塔排出的尾氣進入蒸汽發(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入高溫升蒸汽壓縮機，經(jīng)高溫升壓縮機做功后進入精餾塔內(nèi)部作為循環(huán)物料的加熱介質(zhì)；經(jīng)高溫升蒸汽壓縮機做功后的二次蒸汽也可通過閥門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運行平穩(wěn)，產(chǎn)生的二次蒸汽首先進入蒸汽緩沖罐緩沖，再經(jīng)高溫升蒸汽壓縮機做功提高其熱焓和壓力后，進入精餾塔內(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，通過減壓閥控制緩沖罐蒸汽壓力，穩(wěn)定了進入壓縮機的蒸汽壓力，大大降低了高溫升壓縮機喘振的風(fēng)險。

因此，通過高溫升蒸汽壓縮機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)濟效益。

3 高溫升蒸汽壓縮機

3.1 高溫升壓縮機的原理

蒸汽通過壓縮機進口進入工作葉輪，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對氣體做功，使氣體加速，并提升氣體的壓力，加速后的氣體經(jīng)過擴壓器及蝸殼減速擴壓，將動能轉(zhuǎn)化為壓力能，即完成了一級增壓過程，高溫升蒸汽壓縮機通常需要經(jīng)過二到三級的壓縮來達到高溫升（溫升24 ℃以上）的要求。氣動設(shè)計采用CFD 數(shù)值計算軟件對設(shè)計的壓縮機進行模擬計算，如圖2 所示。

圖2 一級壓縮氣動設(shè)計模型曲線

3.2 結(jié)構(gòu)特點

高溫升蒸汽壓縮機相比于單級高速蒸汽壓縮機（24 ℃以下溫升）不同之處在于：單級高速蒸汽壓縮機為單級壓縮，而高溫升壓縮機需要多級壓縮才能達到設(shè)計溫升的要求，其余組成部分與單級蒸汽壓縮機相同。主要部分為變頻電機、PLC 控制柜、潤滑油系統(tǒng)、增速箱、聯(lián)軸器、一級轉(zhuǎn)子本體、二級轉(zhuǎn)子本體、級間管道，如圖3 和圖4 所示。各級噴淋系統(tǒng)和排水系統(tǒng)需精餾塔系統(tǒng)配套，設(shè)備本體圖中無法顯示。

圖3 高溫升蒸汽壓縮機實物圖（二級壓縮38 ℃溫升）

圖4 高溫升蒸汽壓縮機實物圖 （四級壓縮64 ℃溫升）

壓縮機啟動時，電機通過變頻器低速軟起動，通過聯(lián)軸器帶動增速箱低速軸，低速軸大齒輪驅(qū)動高速軸，達到增速的目的，高速軸同時直聯(lián)兩只葉輪，蒸汽先經(jīng)過一級葉輪做功，經(jīng)過噴淋至飽和蒸汽后進入二級葉輪再次做功，實現(xiàn)高溫升的目的。壓縮機運轉(zhuǎn)時，潤滑油系統(tǒng)通過主泵和輔助油泵，經(jīng)過冷卻器和過濾器給增速箱提供潤滑油，保證壓縮機的正常運行。

3.3 連鎖控制方案

二級蒸汽壓縮機連鎖控制點如表1 所示（以二級壓縮為例）。

表1 二級蒸汽壓縮機連鎖控制點

表1 （續(xù)）

4 結(jié)束語

高溫升蒸汽壓縮機利用在精餾塔系統(tǒng)，通過高溫升壓縮機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)濟效益，很好地解決了精餾塔尾氣產(chǎn)生揮發(fā)性有機污染物排放難題。