聚丙烯装置中循环气压缩机的设计
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作者: 孟令平 谭国锋 金容敏
摘要：本文从压缩机组的原理，密封系统，润滑油系统和保护系统几个主要的方面对DOw化学工艺聚丙烯装置中循环气压缩机组的设计进行了简要的阐述，对该装置的循环气压缩机的设计提出了基本要求。
关键词：压缩机 聚丙烯 压缩机
循环气压缩机是化工装置中反应系统的关键设备，尤其对于聚丙烯装置，循环气压缩机更是装置中的核心设备。目前，国内聚丙烯装置采用的专利技术主要有三种，分别为BASELL，DOW化学和ABB，三种工艺技术不同，反应方式也各不相同，因而对循环气压缩机的设计也不尽相同，本文主要阐述DOW化学工艺中循环气压缩机组的设计。
在DOW化学工艺专利的聚丙烯装置中，循环气压缩机主要是为反应器提供循环动力，其输送的介质是循环气，主要是由氮气、氢气、甲烷、乙烷、丙烯、丙烷组成，并含有微量聚丙烯粉末，这些气体是生产聚丙烯的原料。循环气经管道进入反应器，在催化剂作用下，气体在反应器内发生聚合反应，生产出的粉末状聚丙烯通过排料口排出，没有完全反应的气体被循环气压缩机抽走；在压缩机入口管道上，还会补充一部分新鲜丙烯等原料气，连同从反应器抽出的气体一起进入压缩机进行压缩，被压缩的气体重新进入反应器进行聚合反应，如此不断地给反应器输送生产聚丙烯的原料气体，同时带走反应产生的大量热量。在循环气压缩机的推动下，丙烯等原料气在催化剂作用及合适的温度压力条件下连续不断的生成聚丙烯粉末，完成了将丙烯气体生产成聚丙烯粉末的反应过程。
装置中循环气压缩机为单级悬臂离心式压缩机，配备有事故用气体膨胀机，在正常状态下，循环气压缩机由电机驱动。反应器内的反应气体通过循环气压缩机增压后再经冷却返回至反应器中与新加入反应器的物料继续反应。循环气的流量通过压缩机出口管道上的节流装置控制，使循环气保持最佳的流速进入反应器参与反应。在紧急事故状态下，如供电出现问题时，反应器需先进入“杀死”状态，此时，由膨胀机驱动循环气压缩机转子继续转动，直至反应器“杀死”完成，即反应器内剩余的催化剂完全反应完，不至于造成反应器内的气体和聚丙烯粉末温度急剧上升，造成聚丙烯粉末结成大块等生产事故的发生，从而达到事故状态下反应器的安全停车。针对此情况，膨胀机的配置都有着特殊的要求，膨胀机通过离合器与电机轴相连，离合器上配备有超速保护系统，该超速保护应采用3选2的模式，当膨胀机的转速超过设定值时，膨胀机入口切断阀将自动关闭以保证膨胀机减速运转直至停止。
压缩机的轴封为干气密封，为保证气体不泄露亦不被污染，压缩机轴封采用三重密封，第一道密封的密封气采用干净的丙烯气，第二道密封的密封气采用低压氮气，同时可带走部分泄漏的丙烯气，辅助密封形式采用迷宫密封，用低压氮气吹扫，作为第三道安全密封。由于压缩机的流量调节由压缩机入口导叶实现，入口导叶的腔室也需要用氮气进行吹扫，以防止工艺气从导叶调节装置泄漏出去，从而实现导叶腔室的密封。压缩机的润滑油系统应配备有专用油箱和高位油箱，并且膨胀机和压缩机共用一套润滑油系统。润滑油系统正常操作时，主油泵运行，当系统油压下降时辅助油泵能自动启动。对于离心压缩机的应急措施主要采用主油泵同时加高位油箱的措施，在紧急情况下，高位油箱的油能至少满足压缩机安全停车的用油时间。
压缩机上设有轴温、轴振动、轴位移等安全保护及联锁控制系统以保证压缩机的正常操作，并配备有带PLC的就地控制盘，所有信号进PLC控制，关键信号送DCS，监控压缩机的运行状况。在整个压缩机组的设计中，必须考虑压缩机及电机整体的机械性能的保护，比如压缩机转子的轴向窜动量过大将直接导致压缩机转子和壳体的损坏，而此时，则要求压缩机立刻停车，而不是由膨胀机驱动压缩机进行减速运转。对于离心压缩机，振动是最常出现的故障，因此对压缩机的振动设有联锁控制，当压缩机组出现振动高报警时，压缩机组仍将继续保持运转；当压缩机组出现振动高高报警时，压缩机电机将停止，此时，由膨胀机带动压缩机继续降速运转；当压缩机组出现振动高高高报警时，压缩机／膨胀机直接停止，反应器直接终止反应，但此结果将导致反应器内大量的结焦。
对于压缩机组的布置，考虑到道路的运输极限，将压缩机安装在一个底座上，电机、超速离合器、联轴器和膨胀机安装在一个底座上，润滑油系统和干气密封系统也分别为独立的撬装底座。由于压缩机和电机不在同一个底座上，因此，在现场的安装中，压缩机与电机联轴器的对中相当关键。如下为循环气压缩机组布置简图(图1)：
本文从压缩机组的原理，密封系统，润滑油系统和保护系统几个主要的方面对DOW化学工艺聚丙烯装置中循环气压缩机组的设计进行了简要的阐述，对该装置的循环气压缩机的设计提出了基本要求。随着工艺技术和机械制造水平的不断发展，循环气压缩机的设计和配置选型将会更加的合理，其应用范围也将更加广泛。
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