大型PTA工艺气压缩机组国产化技术概述.pdf

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1、一．技术背景国产化技术概述沈阳鼓风机(集团)有限公司(辽宁110142)郑志国杨树华孙丽莉罗劲PTA是精对苯二甲酸的缩写代号，是生产聚酯纤维和包装业的基本材料，属于化纤业的主要原料之一。PTA行业具有资金密集、技术密集等特点。其核心设备——工艺空气压缩机组主要采用进口西门子、曼透平或日本三菱产品。多年来，由于国外的工艺设计商与设备制造商联手，垄断了国内PTAT艺包和关键设备，使国内的大型PTA装置投资费用居高不下，削弱了市场竞争力，影响了企业经济运行状况。为了实现PTAT_艺空气压缩机组的国产化，国内大型透平压缩机制造商——沈阳鼓风机集团有限公司在与国内PTAI艺包开发商的密切合作下，推出了

2、中温中压大型PTAI艺空气压缩机组国产化方案。该套机组配置上采用组装式压缩机提供工艺压缩空气，采用回收尾气能量的组装式膨胀机作为辅助驱动机，采用完全回收废热蒸汽的单流蒸汽轮机作为机组的主驱动机。该配置同国际上先进的主流PTA工艺空气压缩机组相同，真正实现了PTA机组国产化，不降技术含量降成本的国产化目标。=．机组气动设计技术概述1．压缩机基本气动设计沈鼓作为国内最大的离心压缩机专业制造商，目前累计生产了千余台组装式压缩机和鼓风机，积累了大量的离心压缩模型级，可以适应不同的工艺参数。针对大型PTA用工艺空气压缩机，利用选型软件，对模型级数据库的优化选型，结合结构设计特点，最终确定了四26：黑黜

3、‰嬲级压缩，三次中间冷却方案。首级采用混流式模型级，其特点就是流量系数大，效率高，在同样流量系数情况下与单纯的径流式模型级相比，叶片强度特性好。可以用于较高周速的情况，从而满足了以较小的径向尺寸实现较高的单级压缩比要求。第二级采用纯径流式高效三元模型级，其气动特性适用于较高马赫数，保证其在与首级转速匹配，高周速情况下较高的气动效率。后两级由于气体压缩后，容积气量降低较多，采用了适应较低马赫数的模型级。从而实现降低周速，保证了高效三元叶轮的应用。2．膨胀机基本气动设计作为能量回收的向心膨胀机，国内市场应用较少。沈鼓自1998年开始向心膨胀机的研制开发工作，于2001年推出硝酸三合一用向心膨胀机

4、，2009年推出PTA用组装式向心膨胀机，是目前国内中大型化工工艺流程用能量回收向心膨胀机的唯一制造商。硝酸三合一用向心膨胀机+离心压缩机整合机组如图1所示。图1硝酸三合一用向心膨胀机+离心压缩机整合机组题肝争咖蕊主删搿酌胁M：暑G挑膨胀机的气动设计相对空压机来说要简单一些，因为其流场分布是由高能头向低能头自然流动分布，气流冲击叶轮做功。但是在工程应用中，作为辅助驱动设备进行能量回收时，膨胀机属于被动设备。因为机组整体性能关键是保证压缩机的气动性能与工艺流程相匹配，汽轮机作为主驱动机通过对其蒸汽量进行控制从而保证压缩机性能。膨胀机在该类型机组中，需要的是将工艺流程中产生的需要同收能量的尾气都

5、通过膨胀机，并且尽可能多的回收能量。这就需要膨胀机的设计要充分考虑流量、膨胀比和效率的匹配。而膨胀机的运行效果，将直接影响机组的整体功耗指标，在中温中压流程的PTA机组中，膨胀机回收的能量往往占到压缩机功耗的30％以上。PTA膨胀机气动设计在硝酸三合一膨胀机气动设计基础之上，通过对国外先进膨胀机模型级技术进行特征参数研究，通过试锘IJIJ,尺寸模型级进行试验，建立了初步的模型级数据库，研究出一套模块化设计计算准则，以工艺流程常用参数来进行设计点的气动设计。但是，由于实际运行时工艺参数的变化，膨胀机运行参数往往变化较大，这就需要采用有效的技术手段，扩大PTA膨胀机的高效稳定运行范围。针对双级组

6、装式向心膨胀机，通过开发双级联动进口导叶可调机构来改变喷嘴出口气流角，从而满足了膨胀机宽广的流量调节范围的需要。这样，在实际运行中，可以用不同的喷嘴角度匹配不同的尾气参数，确保尾气能量的转化大部分发生在膨胀机中回收能量，而不是浪费在管路阀门上。3．流场分析软件的应用在压缩机和膨胀机的设计中，针对进排气机壳流道部分，根据其结构布置特点，进行三维建模，采用三维黏性流场分析软件进行流场分析也是PTA机组开发设计中采用的必要手段之一。流场分析软件早期通常用于模型级开发的前期阶段，用于指导叶轮、扩压器(或喷嘴)的设计，一直是叶轮机械研究的重点内容。由于多年来对模型级内部流动进行的大量有成效的工作，模型

7、级效率已经达到了相当高的水平。在此背景下，开始将研究的重心转移到进排气蜗壳等辅助国产化与自主创新专题GM、Locali：ation＆IndeoendentinnovalionI气体流动元件上。在PTA机组国产化开发上，采用流场分析软件NUMECA进行了膨胀机进1：1蜗壳和压缩机排气蜗壳流场分析来指导蜗壳的结构设计，通过对蜗室截面积比例关系的合理规划，通过对蜗室截面形状的优化，使蜗壳内流场更加均匀，降低了摩擦损