(精选)二氧化碳检测仿真之CO2压缩机仿真单元操作手册.doc
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1、二氧化碳检测仿真 CO2压缩机仿真单元操作手册 目 录第一章 装 置 概 况-3第一节 单元简介-31. 离心式压缩机工作原理-32. 离心式压缩机的喘振现象及防止措施-33. 离心式压缩机的临界转速-44. 离心式压缩机的结构-45.汽轮机的工作原理-5第二节 工艺流程简述-51. CO2流程说明-52.蒸汽流程说明-6第三节 工艺仿真范围-6第二章 主要设备列表-7第三章 正常操作工艺指标-8第四章 工艺报警及联锁系统-91.工艺报警及联锁说明-92.工艺报警及联锁触发值-10第五章 工艺操作规程-11第一节 冷态开车-11第二节 正常停车-15第六章 事故列表-16第七章 仿真DCS画面
2、-19第一章 装 置 概 况第一节 单元简介CO2压缩机单元是将合成氨装置的原料气CO2经本单元压缩做工后送往下一工段尿素合成工段,采用的是以汽轮机驱动的四级离心压缩机。其机组主要由压缩机主机、驱动机、润滑油系统、控制油系统和防喘振装置组成。1.离心式压缩机工作原理离心式压缩机的工作原理和离心泵类似,气体从中心流入叶轮,在高速转动的叶轮的作用下,随叶轮作高速旋转并沿半径方向甩出来。叶轮在驱动机械的带动下旋转,把所得到的机械能转通过叶轮传递给流过叶轮的气体,即离心压缩机通过叶轮对气体作了功。气体一方面受到旋转离心力的作用增加了气体本身的压力,另一方面又得到了很大的动能。气体离开叶轮后,这部分速度
3、能在通过叶轮后的扩压器、回流弯道的过程中转变为压力能,进一步使气体的压力提高。离心式压缩机中,气体经过一个叶轮压缩后压力的升高是有限的。因此在要求升压较高的情况下,通常都有许多级叶轮一个接一个、连续地进行压缩,直到最末一级出口达到所要求的压力为止。压缩机的叶轮数越多,所产生的总压头也愈大。气体经过压缩后温度升高,当要求压缩比较高时,常常将气体压缩到一定的压力后,从缸内引出,在外设冷却器冷却降温,然后再导入下一级继续压缩。这样依冷却次数的多少,将压缩机分成几段,一个段可以是一级或多级。2.离心式压缩机的喘振现象及防止措施离心压缩机的喘振是操作不当,进口气体流量过小产生的一种不正常现象。当进口气体
4、流量不适当地减小到一定值时,气体进入叶轮的流速过低,气体不再沿叶轮流动,在叶片背面形成很大的涡流区,甚至充满整个叶道而把通道塞住,气体只能在涡流区打转而流不出来。这时系统中的气体自压缩机出口倒流进入压缩机,暂时弥补进口气量的不足。虽然压缩机似乎恢复了正常工作,重新压出气体,但当气体被压出后,由于进口气体仍然不足,上述倒流现象重复出现。这样一种在出口处时而倒吸时而吐出的气流,引起出口管道低频、高振幅的气流脉动,并迅速波及各级叶轮,于是整个压缩机产生噪音和振动,这种现象称为喘振。喘振对机器是很不利的,振动过分会产生局部过热,时间过久甚至会造成叶轮破碎等严重事故。当喘振现象发生后,应设法立即增大进口
5、气体流量。方法是利用防喘振装置,将压缩机出口的一部份气体经旁路阀回流到压缩机的进口,或打开出口放空阀,降低出口压力。3.离心式压缩机的临界转速由于制造原因,压缩机转子的重心和几何中心往往是不重合的,因此在旋转的过程中产生了周期性变化的离心力。这个力的大小与制造的精度有关,而其频率就是转子的转速。如果产生离心力的频率与轴的固有频率一致时,就会由于共振而产生强烈振动,严重时会使机器损坏。这个转速就称为轴的临界转速。临界转速不只是一个,因而分别称为第一临界转速、第二临界转速等等。压缩机的转子不能在接近于各临界转速下工作。一般离心泵的正常转速比第一临界转速低,这种轴叫做刚性轴。离心压缩机的工作转速往往
6、高于第一临界转速而低于第二临界转速,这种轴称为挠性轴。为了防止振动,离心压缩机在启动和停车过程中,必须较快地越过临界转速。4.离心式压缩机的结构离心式压缩机由转子和定子两大部分组成。转子由主轴、叶轮、轴套和平衡盘等部件组成。所有的旋转部件都安装在主轴上,除轴套外,其它部件用键固定在主轴上。主轴安装在径向轴承上,以利于旋转。叶轮是离心式压缩机的主要部件,其上有若干个叶片,用以压缩气体。气体经叶片压缩后压力升高,因而每个叶片两侧所受到气体压力不一样,产生了方向指向低压端的轴向推力,可使转子向低压端窜动,严重时可使转子与定子发生摩擦和碰撞。为了消除轴向推力,在高压端外侧装有平衡盘和止推轴承。平衡盘一
7、边与高压气体相通,另一边与低压气体相通,用两边的压力差所产生的推力平衡轴向推力。离心式压缩机的定子由气缸、扩压室、弯道、回流器、隔板、密封、轴承等部件组成。气缸也称机壳,分为水平剖分和垂直剖分两种形式。水平剖分就是将机壳分成上下两部分,上盖可以打开,这种结构多用于低压。垂直剖分就是筒型结构,由圆筒形本体和端盖组成,多用于高压。气缸内有若干隔板,将叶片隔开,并组成扩压器和弯道、回流器。为了防止级间窜气或向外漏气,都设有级间密封和轴密封。离心式压缩机的辅助设备有中间冷却器、气液分离器和油系统等。5.汽轮机的工作原理汽轮机又称为蒸汽透平,是用蒸汽做功的旋转式原动机。进入汽轮的高压、高温蒸汽,由喷嘴喷
8、出,经膨胀降压后,形成的高速气流按一定方向冲动汽轮机转子上的动叶片,带动转子按一定速度均匀地旋转,从而将蒸汽的能量转变成机械能。由于能量转换方式不同,汽轮机分为冲动式和反动式两种,在冲动式中,蒸汽只在喷嘴中膨胀,动叶片只受到高速气流的冲动力。在反动式汽轮机中,蒸汽不仅在喷嘴中膨胀,而且还在叶片中膨胀,动叶片既受到高速气流的冲动力,同时受到蒸汽在叶片中膨胀时产生的反作用力。根据汽轮机中叶轮级数不同,可分为单极或多极两种。按热力过程不同,汽轮机可分为背压式、凝气式和抽气凝气式。背压式汽轮机的蒸汽经膨胀做功后以一定的温度和压力排出汽轮机,可继续供工艺使用;凝气式蒸汽轮机的进气在膨胀做功后,全部排入冷
9、凝器凝结为水;抽气凝气式汽轮机的进气在膨胀做功时,一部分蒸汽在中间抽出去作为其它用,其余部分继续在气缸中做功,最后排入冷凝器冷凝。第二节 工艺流程简述1.CO2流程说明: 来自合成氨装置的原料气CO2压力为150Kpa(A),温度38,流量由FR8103计量,进入CO2压缩机一段分离器V-111,在此分离掉CO2气相中夹带的液滴后进入CO2压缩机的一段入口,经过一段压缩后,CO2压力上升为 0.38Mpa(A),温度194,进入一段冷却器E-119用循环水冷却到43,为了保证尿素装置防腐所需氧气,在CO2进入E-119前加入适量来自合成氨装置的空气,流量由FRC-8101调节控制,CO2气中氧
10、含量0.25-0.35%,在一段分离器V-119中分离掉液滴后进入二段进行压缩,二段出口CO2压力1.866Mpa(A),温度为227。然后进入二段冷却器E-120冷却到43,并经二段分离器V-120分离掉液滴后进入三段。在三段入口设计有段间放空阀。便于低压缸CO2压力控制和快速泄压,CO2经三段压缩后压力升到8.046Mpa(A),温度214,进入三段冷却器E-121中冷却。为防止CO2过度冷却而生成干冰,在三段冷却器冷却水回水管线上设计有温度调节阀TV-8111,用此阀来控制四段入口CO2温度在50-55之间。冷却后的CO2进入四段压缩后压力升到15.5Mpa(A),温度为121,进入尿素
11、高压合成系统。为防止CO2压缩机高压缸超压、喘振,在四段出口管线上设计有四回一阀HV-8162(即HIC8162)。2.蒸汽流程说明:主蒸汽压力5.882Mpa.湿度450,流量82t/hr,进入透平做功,其中一大部分在透平中部被抽出,抽汽压力 2.598Mpa,温度350,流量54.4t/hr,送至框架,另一部分通过中压调节阀进入透平后汽缸继续做功,做完功后的乏汽进入蒸气冷凝系统。第三节 工艺仿真范围1工艺范围 二氧化碳压缩、透平机、油系统2边界条件 所有各公用工程部分:水、电、汽、风等均处于正常平稳状况。3现场操作 现场手动操作的阀、机、泵等,根据开车、停车及事故设定的需要等进行设计。调节
12、阀的前后截止阀不进行仿真。第二章 主要设备列表1.CO2气路系统:E-119、E-120、E-121、V-111、V-119、V-120、V-121、K-101。2.蒸气透平及油系统:DSTK-101、油箱、油温控制器、油泵、油冷器、油过滤器、盘车油泵、稳压器、速关阀、调速器、调压器。3.设备说明( E:换热器; V:分离器)流程图位号主要设备U8001E-119(CO2一段冷却器),E-120(CO2二段冷却器),E-121(CO2二段冷却器),V-111(CO2一段分离器),V-120(CO2二段分离器),V-121(CO2三段分离器)DSTK-101(CO2压缩机组透平)U8002DST
13、K-101油箱、油泵、油冷器、油过滤器、盘车油泵4.主要控制阀列表位号说明所在流程图位号FRC8103配空气流量控制U8001LIC8101V111液位控制U8001LIC8167V119液位控制U8001LIC8170V120液位控制U8001LIC8173V121液位控制U8001HIC8101段间放空阀U8001HIC8162四回一防喘振阀U8001PIC8241四段出口压力控制U8001HS8001透平蒸汽速关阀U8002HIC8205调速阀U8002PIC8224抽出中压蒸汽压力控制U8002第三章 正常操作工艺指标表位号测量点位置常值单位备注TR8102CO2原料气温度40TI81
14、03CO2压缩机一段出口温度190PR8108CO2压缩机一段出口压力0.28MPa(G)TI8104CO2压缩机一段冷却器出口温度43FRC8101二段空气补加流量330Kg/hFR8103CO2吸入流量27000Nm3/hFR8102三段出口流量27330Nm3/hAR8101含氧量0.250.3%TE8105CO2压缩机二段出口温度225PR8110CO2压缩机二段出口压力1.8Mpa(G)TI8106CO2压缩机二段冷却器出口温度43TI8107CO2压缩机三段出口温度214PR8114CO2压缩机三段出口压力8.02Mpa(G)TIC8111CO2压缩机三段冷却器出口温度52TI81
15、19CO2压缩机四段出口温度120PIC8241CO2压缩机四段出口压力15.4Mpa(G)PIC8224出透平中压蒸汽压力2.5Mpa(G)Fr8201入透平蒸汽流量82T/hFR8210出透平中压蒸汽流量54.4t/hTI8213出透平中压蒸汽温度350TI8338CO2压缩机油冷器出口温度43PI8357CO2压缩机油滤器出口压力0.25MPa(G)PI8361CO2控制油压力0.95MPa(G)SI8335压缩机转速6935rpmXI8001压缩机振动0.022mmGI8001压缩机轴位移0.24mm第四章 工艺报警及联锁系统1.工艺报警及联锁说明:为了保证工艺、设备的正常运行,防止事
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