CN113389742B - 一种空分的增压工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空分的增压工艺，包括以下步骤：步骤一、控制空气压缩***工作，使空气通过空气过滤装置对空气进行过滤，去除空气中的杂质；步骤二、气体通过空气压缩***进行压缩从出气端输出预设压力的空气，并通过数据采集模块对所述空气压缩***中的空气压缩机的进气参数和出气参数进行采集，并传递至数据分析模块；步骤三、数据分析模块通过对数据的分析，控制所述执行模块工作，调整所述进气参数和/或出气参数，使各气体参数处于喘振区之外，可以解决在增压过程中发生喘振的现象。

Description

一种空分的增压工艺
技术领域
本发明一般涉及空分装置技术领域，具体涉及一种空分的增压工艺。
背景技术
空分装置控制***分为空气压缩机***、空气预冷***、分子筛纯化***、增压透平膨胀机***、分馏塔***等，其工作原理为：通过空气压缩***将空气压缩至预定压力，然后经过空气预冷***将压缩的空气进行冷却，然后经过分子筛纯化***将空气中的二氧化碳、乙炔及其它碳氢化合物进行去除，得到较为纯净的空气，增压透平膨胀机***为空分装置的制冷***，分馏塔是对空气进行分馏从而得到纯净的液氧及液氮，而空气压缩***主要通过空气压缩机对空气进行压缩，从而得到预定压力的压缩空气，空气压缩机在工作状态下气体流量应保持基本恒定。
当在给定压力下，进入压缩机的气体减少，造成压缩机内的流量不稳定时,压缩机就会开始喘振。喘振通常表现为快速的气流和压力振荡，使压缩机的流量和压力极不稳定，造成压缩机的效率降低；寿命缩短；造成严重危害，因此必须采用防喘振控制***来确保设备安全运行。
发明内容
鉴于上述的问题，本申请提供了一种空分的增压工艺, 用以解决背景技术中提出的技术问题。
本发明提供一种空分的增压工艺，该增压工艺包括以下增压步骤：
步骤一、控制空气压缩***工作，使空气通过空气过滤装置对空气进行过滤，去除空气中的杂质。
步骤二、气体通过空气压缩***进行压缩从出气端输出预设压力的空气，并通过数据采集模块对所述空气压缩***中的空气压缩机的进气参数和出气参数进行采集，并传递至数据分析模块。
步骤三、数据分析模块通过对数据的分析，控制所述执行模块工作，调整所述进气参数和/或出气参数，使各气体参数处于喘振区之外。
进一步地，所述步骤二包括：当采集模块的压力传感器采集到空气压缩***内气体流量不足时，通过控制气体流量调节器的开度增加，调节进气量，使气体流量参数处于喘振区域之外。
进一步地，当所述空气压缩***每级的所述空气压缩机的出气口和进气口的气体压强差△P过大时，通过打开放空阀，泄放出气端的气体压力，提高气体流通量，从而起到调节空气压缩***中每一级的空气压缩机进气口和出气口的气体压强，从而可以调节每一级所述空气压缩机进气口和出气口之间的压强差△P。
进一步地，当所述空气压缩***每级的所述空气压缩机的出气口和进气口的气体压强差△P过大时，还可以通过控制打开设置在出气端打开第二电磁阀，打开回流气路，调整压强差△P；
或者，同时打开所述放空阀和所述第二电磁阀，调整压强差△P。
进一步地，所述步骤二还包括：通过气体冷却装置对所述空气压缩***的空气进行冷却，并通过调节节流阀的开度大小，调节冷却水的流量对各级压缩机的进气温度进行调整，保证空气温度处于喘振区之外。
进一步地，当通过控制气体流量调节器的开度增加时，所述空气压缩***内的气流流量变化不大时，控制所述空气过滤装置的自清洁***对空气滤芯清洁。
进一步地，为了更好的使用上述空分的增压工艺对空气进行压缩，该增压工艺还包括一种用于空分的增压塔，包括空气压缩***及用于驱动所述空气压缩***的动力***，所述空气压缩***的进气端连接有空气过滤装置，所述空气压缩***的出气端与空分装置的空气预冷***连通，所述空气压缩***还设置有控制***，所述控制***包括数据采集模块、数据分析模块及执行模块，所述数据采集模块用于采集所述空气压缩***的进气参数和出气参数，所述数据分析模块用于分析所述进气参数和出气参数，控制所述执行模块工作调整所述进气参数和/或出气参数。
进一步地，所述空气压缩***包括多级顺次相连的空气压缩机，所述数据采集模块包括设置在所述进气端、所述出气端和每两级所述压缩机之间的压力传感器，所述执行模块包括设置在所述进气端且在所述空气过滤装置后方的气体流量调节器。
进一步地，所述执行模块还包括设置在所述出气端上的放空阀。
进一步地，所述执行模块还包括连通所述出气端和所述进气端的回流气路，所述回流气路上设置有第二电磁阀。
进一步地，所述空气过滤装置为脉冲式自清洁空气过滤装置，所述执行模块还包括所述空气过滤装置的自清洁***。
进一步地，所述空气压缩***还包括设置在多级所述空气压缩机之间的多个空气冷却装置，所述数据采集模块还包括设置在多级所述空气压缩机之间的多个温度传感器，相邻两个所述压缩机之间通过第一输气管连通，所述温度传感器和所述空气冷却装置均设置在所述第一输气管上，且每个所述第一输气管上的所述温度传感器均位于所述空气冷却装置的下游，所述执行模块包括用于调节多个空气冷却装置冷却速率的调节装置。
进一步地，所述空气冷却装置为水冷散热器，所述调节装置包括设置在多个所述空气冷却装置的输水管道上的节流阀。
进一步地，多个所述空气冷却装置沿空气的输送方向顺次串连设置，所述节流阀设置在与冷却水源相连通的进水总管上。
进一步地，每个所述空气冷却装置还设置有与所述进水总管相连通的进水支路，所述调节装置还包括每个所述进水支路上均设置的电磁阀。
进一步地，每个所述进水支路的进水口均处于所述节流阀的下游。
进一步地，位于第二级所述压缩机下游的所述空气冷却装置均包括第一冷却单元和第二冷却单元，所述第一冷却单元的进水口与所述进水支路相连通，所述第二冷却单元的进水口与所述第一冷却单元的出水口、上一级的所述空气冷却装置相连通，所述第二冷却单元的出水口与下一级的所述空气冷却装置相连通，且所述第一冷却单元位于所述第二冷却单元的下游。
本发明提供了一种用于空分的增压塔，通过在空气压缩***设置控制***，从而可以通过在空气压缩***对空气压缩时对进气端的进气参数和出气端的出气参数进行调整，避免空气参数进入喘振区内，从而可以有效避免空气压缩***在压缩时产生喘振的现象，避免因喘振给压缩机的损伤，提高空气压缩***的使用寿命及维修成本，降低空气压缩工艺的能耗。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1为本发明提供的一种用于空分的增压塔的结构示意图。
图2为本发明提供的一种用于空分的增压塔中空气冷却装置的结构示意图。
图3为本发明提供的一种用于空分的增压塔中控制***的结构示意图。
图4为本发明提供的一种用于空分的增压塔对空气进行压缩的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
气体压缩机在工作时喘振现象是常见的现象，喘振现象会使气体压缩机组发生剧烈的振动，同时会给机组带来许多危害：一、由于核心转子部件是机头中高速运动的齿轮和叶轮，当机组发生剧烈振动时，使转子与蜗壳碰撞，损坏转子和蜗壳，造成严重的机械事故。二，当喘振发生时，排气管路中的气体压力会发生剧烈的波动，进而影响下游生产设备的工作稳定性，严重的会影响整个工程的生产工艺。三喘振会引起机组发出啸声，从而增加整个机组的噪音。四、机组的振动会加大轴承，轴，齿轮等转动部件的疲劳应变次数，缩短他们的使用寿命，使重要部件提前损坏。五、喘振会损坏压缩机的轴封、气封和油封，造成压缩气体或润滑油的泄漏，可能引起生产气体泄漏，进而引发生产事故。六、如果是电力驱动型的压缩机组，喘振会造成压缩机的驱动电机负荷变化，可能会影响相邻电网中其他大型设备的正常运行。
实施例一
本发明提供了一种空分增压工艺，参考图4，作为一种具体的实施方式，该增压工艺包括以下步骤：
步骤一、控制空气压缩***1工作，使空气通过空气过滤装置3对空气进行过滤，去除空气中的杂质。
步骤二、气体通过空气压缩***1进行压缩从出气端输出预设压力的空气，并通过数据采集模块对所述空气压缩***1中的空气压缩机11的进气参数和出气参数进行采集，并传递至数据分析模块。
步骤三、数据分析模块通过对数据的分析，控制所述执行模块工作，调整所述进气参数和/或出气参数，使各气体参数处于喘振区之外。
具体的，由于气体压缩机在压缩时产生喘振现象的根本原因与空气压缩机进气端和出气端的气体压力、流量和温度的变化的气体参数有直接关系，在进气参数及出气参数处于喘振工况区内时则会出现喘振现象。因此本发明提供的一种空分增压工艺可以解决在增压过程中发生喘振的现象。
进一步地，所述步骤二包括：当采集模块的压力传感器121采集到空气压缩***1内气体流量不足时，通过控制气体流量调节器的开度增加，调节进气量，使气体流量参数处于喘振区域之外。
进一步地，当所述空气压缩***1每级的所述空气压缩机11的出气口和进气口的气体压强差△P过大时，通过打开放空阀125，泄放出气端1b的气体压力，提高气体流通量，从而起到调节空气压缩***中每一级的空气压缩机11进气口和出气口的气体压强，从而可以调节每一级所述空气压缩机11进气口和出气口之间的压强差△P。
进一步地，当所述空气压缩***1每级的所述空气压缩机11的出气口和进气口的气体压强差△P过大时，还可以通过控制打开设置在出气端1b打开第二电磁阀124，打开回流气路，调整压强差△P；
或者，同时打开所述放空阀125和所述第二电磁阀124，调整压强差△P。
进一步地，所述步骤二还包括：通过气体冷却装置14对所述空气压缩***1的空气进行冷却，并通过调节节流阀1321的开度大小，调节冷却水的流量对各级压缩机11的进气温度进行调整，保证空气温度处于喘振区之外。
进一步地，随着空气压缩***的工作，各压缩级的气体温度逐渐升高，经过位于下游的空气冷却***内部水温越高，调节气体温度的效果就不明显，此时通过控制电磁阀1322打开，使冷却水直接进入后端的空气冷却装置，从而达到调节气温的目的。
进一步地，当通过控制气体流量调节器的开度增加时，所述空气压缩***内的气流流量变化不大时，控制所述空气过滤装置3的自清洁***对空气滤芯清洁。
实施例二
为了更好的使用上述空分的增压工艺对空气进行压缩，该增压工艺还包括一种用于空分的增压塔，可以消除空分装置压缩空气的过程中的喘振现象，提高压缩***中空压机组的使用寿命，降低能耗，具体的，参考图1-图3，作为一种具体的实施方式，该增压塔包括空气压缩***1及用于驱动所述空气压缩***1的动力***2，所述空气压缩***1的进气端1a连接有空气过滤装置3，所述空气压缩***1的出气端1b与空分装置的空气预冷***连通，所述空气压缩***1还设置有控制***，所述控制***包括数据采集模块、数据分析模块及执行模块，所述数据采集模块用于采集所述空气压缩***1的进气参数和出气参数，所述数据分析模块用于分析所述进气参数和出气参数，控制所述执行模块工作调整所述进气参数和/或出气参数。
具体的，由于气体压缩机在压缩时产生喘振现象的根本原因与空气压缩机进气端和出气端的气体压力、流量和温度的变化的气体参数有直接关系，在进气参数及出气参数处于喘振工况区内时则会出现喘振现象。因此本发明提供的用于空分的增压塔通过设置控制***，通过控制***对空气压缩***的进气参数及出气参数进行信息采集信息处理，数据分析模块用于对压缩机各种工况下的喘振区的数值的数据进行存储并建立数据库，并用于时刻采集各数据采集模块采集的信息，与预存的数据库内的信息进行对比，当出现将要进入喘振区的参数时，及时通过执行模块对进气参数、出气参数进行单独调节或者同时调节，确保各气体参数不进入喘振区，从而可以有效消除喘振的现象，避免因喘振给压缩机的损伤，提高空气压缩***的使用寿命及维修成本，降低空气压缩工艺的能耗。
进一步地，参考图1，作为具体的实施方式，所述空气压缩***1的具体结构为：包括多级顺次相连的空气压缩机11，通过多级压缩的方式可以提高空气的压力，可以降低每一级的空气压缩机11的进气管和出气管之间的压力差，从而可以降低能耗，所述数据采集模块包括设置在所述进气端1a、所述出气端1b和每两级所述压缩机11之间的压力传感器121，所述执行模块包括设置在所述进气端1a且在所述空气过滤装置3后方的气体流量调节器131。
具体的，由于压缩机在工作时，如果在进气口的进气量不足时，如果压缩机的出口压力过大，在恒定的转速下，机组憋压，会导致进从而会导致压缩机的喘振产生，通过设置多个压力传感器121，在各空气压缩机的进气口和出气口的压力值将要进入喘振区时，通过控制执行模块的气体流量调节器131开度增加，增大进气端的进气量，避免喘振的发生。
进一步地，每一级的压缩机的进气口和出气口之间的压强差△P，当△P的值超过预定阈值时，也会产生喘振现象，作为优选的实施方式，所述执行模块还包括设置在所述出气端1b上的放空阀125，通过打开放空阀可以降低出气端1b的气体压力，提高气体流通量，从而起到调节空气压缩***中每一级的空气压缩机11进气口和出气口的气体压强，从而可以调节进气端和出气端之间的压强差△P，具体的△P的调节范围为：△P≤C2* H，通过多个空气压力传感器121检测每个压缩机进气口和出气口的气压值，其中系数 C2=c* (T1/T2)-2*φ2&ε1/k；φ=H/V2为常数；T1为每级空气压缩机进气口的温度，T2为每级空气压缩机出气口的温度，可以通过在空气压缩***设置多个温度传感器进行温度采集， & 为级流量系数，ε为压比，ε＝P1/P2，P1为出气端1b的气压值，P2为进气端1a的气压值，k为比热比，V为空气压缩***内的气体流量，H＝cn2*&2，其中n为压缩机的转速，c为空气压缩***中空气压缩机11的级数，&2为调节系数，取值范围为0.158-2.35，通过数据采集模块采集的数值进行计算从而获取每个所述空气压缩机当前△P的值，从而控制放空阀125的泄放量，当然，还可以通过控制节流阀的开度，增加进气量来达到减小压力差的效果，从而避免喘振。
进一步地，参考图1，作为具体的实施方式，所述执行模块还包括连通所述出气端1b和所述进气端1a的回流气路123，所述回流气路123上设置有第二电磁阀124，通过设置回流气路可以通过电磁阀进行控制，在出气端压力过大时可以通过打开回流气路使空气回流至进气端，从而可以起到调节目的，使出气参数及进气参数处于喘振区之外，避免喘振现象。
进一步地，具体的，参考图1，所述空气过滤装置3为脉冲式自清洁空气过滤装置，所述执行模块还包括所述空气过滤装置3的自清洁***，当气体流量调节器131增大开度后气体流量仍变化不大时，则考虑为空气过滤装置进气不畅导致，此时可以通过数据处理模块控制空气过滤装置的自清洁***工作，对空气过滤装置进行自清洁，保证气体的输入量。
进一步地，由于喘振的现象与各压缩级之间的进气温度及出气温度也相关，压缩机组在恒压和恒速运转时，各级进气温度越高，越容易发生喘振。外界环境温度的变化，比如温度高，气体变稀薄，重量变轻，对于恒压压缩机来说，此时容易发生喘振。对此，参考图1、图2，本发明的所述空气压缩***1还包括设置在多级所述空气压缩机11之间的多个空气冷却装置14，所述数据采集模块还包括设置在多级所述空气压缩机11之间的多个温度传感器122，相邻两个所述压缩机之间通过第一输气管连通，所述温度传感器122和所述空气冷却装置14均设置在所述第一输气管上，且每个所述第一输气管上的所述温度传感器122均位于所述空气冷却装置14的下游，所述执行模块包括用于调节多个空气冷却装置14冷却速率的调节装置132。
具体的，数据处理模块存储各种工况下空气压缩机的喘振温度区的数值，并建立数据库，在工作时采集各级压缩机的进气口和出气口的气体温度，通过调节装置132控制空气噢鞥却装置的冷却速率从而达到调节各级压缩机进气口出气口的温度，保证温度不进入喘振区。
进一步地，参考图1图2，作为具体的实施方式，所述空气冷却装置14为水冷散热器，所述调节装置132包括设置在多个所述空气冷却装置14的输水管道上的节流阀1321。进一步地，多个所述空气冷却装置14沿空气的输送方向顺次串连设置，所述节流阀1321设置在与冷却水源相连通的进水总管上。
进一步地，每个所述空气冷却装置14还设置有与所述进水总管相连通的进水支路140，所述调节装置132还包括每个所述进水支路140上均设置的电磁阀1322。具体的，当各级压缩机的气体温度升高将要进入喘振区时，则控制节流阀1321开度增加，使进入空气冷却装置内的冷却水的流量增加，从而降低各级之间的空气温度。
进一步地，参考图2，作为优选的实施方式，每个所述进水支路140的进水口均处于所述节流阀1321的下游。
进一步地，位于第二级所述压缩机11下游的所述空气冷却装置14均包括第一冷却单元14a和第二冷却单元14b，所述第一冷却单元14a的进水口与所述进水支路140相连通，所述第二冷却单元14b的进水口与所述第一冷却单元14a的出水口、上一级的所述空气冷却装置14相连通，所述第二冷却单元14b的出水口与下一级的所述空气冷却装置14相连通，且所述第一冷却单元14a位于所述第二冷却单元14b的下游。
可以理解的是，当各级的空气冷却单元串连连接时，越往后的水温越高，调节气体温度的效果就不明显，通过设置进水支路并在进水支路上设置电磁阀进行控制，从而可以在后端冷却水温度过高调节不明显时打开相应的电磁阀1322，从而使冷却水直接进入后端的空气冷却装置，达到调节气温的目的；进一步的，通过将空气冷却装置设置为包括两个单元，可以通过前端流下较高温度的水流进行预冷却后再通过后端气温较低的第二冷却单元进行冷却，从而可以起到更好的冷却效果。
实施例三
为了验证本发明技术方案的技术效果，通过以下两个试验进行验证：
试验一：采用传统的方式进行空气分离，具体是采用低温精馏法分离，通过压缩循环深度冷冻的方法把空气变成液态，经过低温精馏根据不同沸点而从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氩气等惰性气体的设备。
试验二：采用本发明的技术方案进行增加空气分离。
经试验对比，采用本发明的技术方案，能够显著避免喘振现象，进而提高空分的效率，其效率提高了传统试验一中的21.5-31.2%。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (5)

1.一种空分的增压工艺，其特征在于，该增压工艺包括以下步骤：
步骤一、控制空气压缩***（1）工作，使空气通过空气过滤装置（3）对空气进行过滤，去除空气中的杂质；
步骤二、气体通过空气压缩***（1）进行压缩从出气端输出预设压力的空气，并通过数据采集模块对所述空气压缩***（1）中的空气压缩机（11）的进气参数和出气参数进行采集，并传递至数据分析模块；
步骤三、数据分析模块通过对数据的分析，控制执行模块工作，调整所述进气参数和/或出气参数，使各气体参数处于喘振区之外；
该增压工艺包括一种用于空分的增压塔，包括调节装置、设置在多级所述空气压缩机之间的多个空气冷却装置，所述空气冷却装置为水冷散热器，调节装置包括设置在多个所述空气冷却装置的输水管道上的节流阀；多个所述空气冷却装置沿空气的输送方向顺次串连设置，所述节流阀设置在与冷却水源相连通的进水总管上；每个所述空气冷却装置还设置有与所述进水总管相连通的进水支路，所述调节装置还包括每个所述进水支路上均设置的电磁阀；每个所述进水支路的进水口均处于所述节流阀的下游；位于第二级所述压缩机下游的所述空气冷却装置均包括第一冷却单元和第二冷却单元，所述第一冷却单元的进水口与所述进水支路相连通，所述第二冷却单元的进水口与所述第一冷却单元的出水口、上一级的所述空气冷却装置相连通，所述第二冷却单元的出水口与下一级的所述空气冷却装置相连通，且所述第一冷却单元位于所述第二冷却单元的下游；通过空气冷却装置（14）对所述空气压缩***（1）的空气进行冷却，并通过调节节流阀（1321）的开度大小，调节冷却水的流量对各级压缩机（11）的进气温度进行调整，保证空气温度处于喘振区之外。
2.根据权利要求1所述的一种空分的增压工艺，其特征在于，所述步骤二包括：当采集模块的压力传感器（121）采集到空气压缩***（1）内气体流量不足时，通过控制气体流量调节器的开度增加，调节进气量，使气体流量参数处于喘振区域之外。
3.根据权利要求2所述的一种空分的增压工艺，其特征在于，当所述空气压缩***（1）每级的所述空气压缩机（11）的出气口和进气口的气体压强差△P过大时，通过打开放空阀（125），泄放出气端（1）的气体压力，提高气体流通量，从而起到调节空气压缩***中每一级的空气压缩机（11）进气口和出气口的气体压强，从而可以调节每一级所述空气压缩机（11）进气口和出气口之间的压强差△P。
4.根据权利要求3所述的一种空分的增压工艺，其特征在于，当所述空气压缩***（1）每级的所述空气压缩机（11）的出气口和进气口的气体压强差△P过大时，还可以通过控制打开设置在出气端（1）打开第二电磁阀（124），打开回流气路，调整压强差△P；
或者，同时打开所述放空阀（125）和所述第二电磁阀（124），调整压强差△P。
5.根据权利要求2所述的一种空分的增压工艺，其特征在于，当通过控制气体流量调节器的开度增加时，所述空气压缩***内的气流流量变化不大时，控制所述空气过滤装置（3）的自清洁***对空气滤芯清洁。
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