贫液泵及水力透平

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贫液泵及水力透平

    为正确配置贫液泵和水力透平机组，首先对脱碳工艺流程作一简述。合成氨生产中原料气经变换后含有大量C02气，在进入合成之前需脱除，脱除的C02用作为尿素生产的原料。脱除变换气中的C0：气的过程称为脱碳，其工艺流程见图2-126
    脱除C02采用苯菲尔法，吸收剂用碳酸钾水溶液(K2C03～27％，加～3％二乙醇胺作为活化剂，～0．75％V205作为缓蚀剂)。从变换工序来的变换气经换热器降温后，送至C02吸收塔底部，在上升过程中与从塔顶喷淋的贫液(即已脱除C02的苯菲尔溶液)逆流接触，气体中的C02被吸收液所吸收。从吸收塔顶排出的净化气送到甲烷化工序脱除微量的C0和C02。高压和低温有利于气体的吸收，而低压和高温有利于气体的解吸。从加压操作的吸收塔底流出的富含C02的富液，压力约为3MPa，在送往微正压操作的C02再生塔前要减压。为利用此压差，先经水力透平回收其能量，用以驱动贫液泵。富液在填料再生塔与从塔底上升的蒸汽逆流接触，将溶解的C02解吸出来。从塔底排出的苯菲尔溶液只含少量C02，称为贫液。此贫液减压闪蒸回收热能降温后，用贫液泵送到C02吸收塔顶。以上为一段吸收一段再生流程，实际生产中常采用两段吸收两段再生流程，将增加半贫液泵，用水力透平驱动半贫液泵。贫液泵和水力透平机组在配置和控制上对配管和仪表专业有如下特殊要求。
    ①由于大多数水力透平在比较恒定的压差下工作，它像一个孔板一样限制流量。为调节C02吸收塔的液位，在水力透平的进口和出Vl之间应设置一旁路。吸收塔的液位调节器LIC同时调节此旁路和水力透平进口管线上的调节阀。
    ②当流经水力透平的流量小于最高效率点流量的大约40％时，它不仅不能输出功率，反而成为耗能机械，使串联在一起的辅助电动机有过载的危险。因此，脱碳系统开车时，富液先通过旁路，当流量达到规定值后切换到水力透平。水力透平和电动机之间应设置一个单向离合器，以便在水力透平未使用时，电动机能驱动贫液泵。
    ⑧切不可把水力透平布置在电动机和贫液泵之间，而应布置在机组的端头。电动机的额定功率应在水力透平不运行时足以驱动贫液泵，即取为无水力透平机组的电动机额定功率。
    ④为避免水力透平的机械密封承受过高的工作压力，以延长其使用寿命，通常将流量调节阀设置在水力透平的进口管线上。
    ⑤液体汽化问题。进入水力透平的富液中，C02已接近饱和状态，富液减压时，将有C02气逸出。由于富液通过水力透平的速度很快，气体逸出现象不明显，通常按单相流设计。关于两相流对水力透平特性的影响可见瑞士苏尔寿泵公司的研究成果。富液经过平衡盘或减压式迷宫密封产生压力降时就要引起各种问题。将泄出的液体从平衡盘和轴封室引至水力透平低压区(出口处)的回流管路中，可出现气体不断逸出的现象，如此管路直径过小，则可能为气体所堵塞。此外，当水力透平闲置不用时，富液应及时排空，否则泵体最高处会被逸出的气体充满，水力透平再次起动时，就可能使轴封或平衡盘损坏。
  2．泵型的选择
     贫液泵的有效汽蚀余量较小，泵的首级叶轮宜选用双吸叶轮以降低叶轮入口流速，以获得较小的NPSHr。贫液泵扬程较高，有两种泵型可供选择，一是两级离心泵(首级为双吸，第二级为单吸)，二是单级离心泵。前者使每级叶轮的比转数不致太小，泵效率较高，但泵的结构复杂，造价增加。
    泵体宜采用轴向剖分、进出口接管在泵体下半部的结构，以使检修方便、迅速。优先选用双蜗壳结构，以平衡径向力，减小轴挠度，延长轴封寿命。因输送介质温度较高，泵体直径又较大，泵体的支座应设置在轴中心线附近，以保证泵与驱动机的热对中性。
    工业中使用的水力回收透平，有佩尔顿型(PELTON，冲击式)、法兰西斯型(FRANCIS，混流式)、卡普兰(KAPLAN，转桨式)和逆转泵型四种类型。逆转泵型又可分为离心式和螺杆式两大类。氨厂脱碳工序的水力透平都是用反转离心泵，其初步选型方法见本第一篇第四章。准确的性能参数和泵型号应由泵厂根据泵数据表的操作条件在报价时确定。
  3．贫液乘和水力透平的结构特点
  日产千吨氨厂用贫液泵的剖面结构见图2—127，性能参数见表2—83、表2—85。其结构特点如下：
    ①泵体  为轴向水平剖分式，进口和出口接管铸在下半泵体上，检修方便、迅速。泵体为双蜗壳结构，在很宽的操作范围内可减小转子的径向力。支座靠近泵轴线上，能保证泵和电动机轴线的热对中性。
    ②叶轮  为两级叶轮，首级叶轮为双吸式，NPSHr小，并可基本上平衡该级叶轮的轴向力；第二级叶轮为单吸式，转子两端支撑。
    ③级间平衡套两级叶轮间的平衡套可控制第二级叶轮产生的轴向力，减轻作用于止推轴承的负荷。可更换衬套能维持级间要求的压力降，减小级间泄漏。另外，此平衡套还能对双支撑转子的中部提供有效的液体支撑作用，增加转子刚度。
    ④轴封  采用单端面平衡型机械密封，为集装式结构，即将轴套，机械密封和压盖组装为一体，对安装技术要求低，安装精度易保证。动环为316不锈钢镶嵌碳化硅，静环为石墨。轴封用冷凝水外冲洗，APl610的代号为32。
    ⑤轴承  径向轴承为滑动轴承，止推轴承为金斯伯雷型可倾瓦轴承。
    日产干吨氨厂用水力透平结构特点如下：
    ①泵体  为径向剖分式，进口和出口接管垂直向上，配管方便，占用空间小，并便于将液体减压时可能逸出的C02气自动排出。用双蜗壳结构平衡径向力。泵体为中心线支撑，热对中性好。
    ②叶轮为单级双吸叶轮，轴向力基本平衡。
    ③轴封结构和材质与贫液泵相同。


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