中溫中壓PTA工藝流程及空壓機(jī)組設(shè)計(jì)解析

王圣馳 段亞瓊 艾宏偉 劉斌

【摘 要】簡介了中溫中壓PTA工藝流程，介紹了在中溫中壓PTA工藝流程中壓縮機(jī)組的配置、設(shè)計(jì)要點(diǎn)和機(jī)組布置。

【關(guān)鍵詞】PTA；工藝流程；壓縮機(jī)組

引言

PTA即精對苯二甲酸（Pure Terephthalic Acid）的英文縮寫，其主要用途是生產(chǎn)聚酯纖維（滌綸）、聚酯瓶片和聚酯薄膜，廣泛用于與化學(xué)纖維、輕工、電子、建筑等國民經(jīng)濟(jì)的各個方面，是一種非常重要的有機(jī)原料。

以往PTA工藝流程配置壓縮機(jī)組基本為國外壟斷，我集團(tuán)公司組織精干力量，對國外企業(yè)的壟斷地位發(fā)起了挑戰(zhàn)，最終研制成功中溫中亞PTA流程配套壓縮機(jī)組，打破壟斷。

1 PTA流程簡介

石油經(jīng)過一定的工藝過程生產(chǎn)出輕汽油（別名石腦油），從石腦油中提煉出MX（混二甲苯），再提煉出PX（對二甲苯）。PTA以PX（配方占65%-67%）為原料，以醋酸為溶劑，在催化劑的作用下經(jīng)空氣氧化（氧氣占35%-33%），生成粗對苯二甲酸。然后對粗對苯二甲酸進(jìn)行加氫精制，去除雜質(zhì)，再經(jīng)結(jié)晶、分離、干燥、制得精對苯二酸產(chǎn)品，即PTA成品。

三合一機(jī)組是中溫中壓PTA工藝流程空氣壓縮機(jī)組的通常配置，即全凝式低壓補(bǔ)汽汽輪機(jī)與尾氣膨脹機(jī)聯(lián)合作為驅(qū)動機(jī)驅(qū)動氧化反應(yīng)用空氣壓縮機(jī)。在氧化反應(yīng)器中，經(jīng)過壓縮具有一定壓力的空氣與PX進(jìn)行氧化反應(yīng)，反應(yīng)后氣體有一定的壓力并富含有機(jī)產(chǎn)物，進(jìn)行催化焚燒升溫后形成一定壓力與溫度的尾氣，由尾氣膨脹機(jī)回收尾氣中的能量；PX的氧化反應(yīng)是一個放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱通過尾氣冷凝器生成等級不同的低壓蒸汽，這些低壓蒸汽驅(qū)動全凝式汽輪機(jī)。

開車時由外界提供新鮮蒸汽驅(qū)動汽輪機(jī)啟動機(jī)組，當(dāng)壓縮機(jī)出口壓力達(dá)到氧化反應(yīng)器所需最低壓力要求時，開始向氧化反應(yīng)器輸入壓縮空氣，反應(yīng)器開始氧化反應(yīng)。氧化反應(yīng)產(chǎn)出副產(chǎn)蒸汽及尾氣后，將副產(chǎn)蒸汽切入汽輪機(jī)，將尾氣切入膨脹機(jī)，隨著副產(chǎn)蒸汽和尾氣產(chǎn)生量的增加，逐步替換并最終取代新鮮蒸汽驅(qū)動機(jī)組。壓縮機(jī)組在正常生產(chǎn)時將不再需要外界提供能量，最大程度地減少功率消耗，甚至可以外送副產(chǎn)蒸汽以供其他用熱設(shè)備單元。

2機(jī)組主要設(shè)備配置

2.1空氣壓縮機(jī)

PTA工藝中使用的整體組裝式壓縮機(jī)是沈鼓集團(tuán)在引進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)之上，綜合數(shù)十年透平壓縮機(jī)研究發(fā)展的技術(shù)成果，自主開發(fā)設(shè)計(jì)制造的整體組裝式離心壓縮機(jī)。壓縮機(jī)采用4級高效半開式整體銑制三元葉輪進(jìn)行4段壓縮。

在第一級葉輪前設(shè)置自動控制的進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)性能（其他各級也允許加進(jìn)口導(dǎo)葉），確保較寬的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)范圍為正常工況點(diǎn)的70～110%。

2.2尾氣膨脹機(jī)

尾氣膨脹機(jī)是沈鼓集團(tuán)在多年開發(fā)的尾氣向心膨脹機(jī)基礎(chǔ)上，自主開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造的整體組裝式向心膨脹機(jī)。

采用2級2段膨脹，采用半開式均采用半開式整體銑制三元葉輪，第一級與第二級采用不同轉(zhuǎn)速，分別與兩個小齒輪連接，確保較高的能量回收效率與可靠的性能。

一二級之間采用級間加熱器提高一級膨脹后尾氣的溫度以達(dá)到較高的效率和能量回收率。

每級葉輪進(jìn)口采用可調(diào)進(jìn)口噴嘴葉片，采用自動控制（可手動操作）調(diào)節(jié)性能，穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)范圍寬，變工況條件效率高。

膨脹機(jī)用齒輪箱齒輪均為雙工作面。

2.3全凝式低壓補(bǔ)汽汽輪機(jī)

汽輪機(jī)采用從德國西門子引進(jìn)的積木塊反動式工業(yè)汽輪機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)、制造的單流、單出軸、全凝式低壓補(bǔ)汽汽輪機(jī)。

以3種不同品質(zhì)的副產(chǎn)蒸汽為能量源進(jìn)行驅(qū)動：品質(zhì)較高的蒸汽作為主驅(qū)動汽源，通過調(diào)節(jié)汽閥進(jìn)入汽輪機(jī)并由調(diào)速汽閥控制流量以穩(wěn)定機(jī)組轉(zhuǎn)速。中品質(zhì)蒸汽和低品質(zhì)蒸汽依次在合適位置補(bǔ)入汽輪機(jī)。

汽輪機(jī)采用前部向下進(jìn)汽、中間向上補(bǔ)汽和向下排汽的結(jié)構(gòu)，汽輪機(jī)帶有保溫材料，汽缸上設(shè)有疏水口，所有的疏水經(jīng)管線最后都匯集到疏水膨脹箱。汽輪機(jī)帶有表面式冷凝器和凝結(jié)水液位自動調(diào)節(jié)裝置，并配有兩級射汽抽氣裝置以保證冷凝器能正常工作。

2.4其他輔助設(shè)備

中溫中壓PTA工藝壓縮機(jī)組配備其他的輔助設(shè)備有：汽液分離器、氣體冷卻器、級間加熱器、級間加熱器、空氣過濾器、各種消音器，控制系統(tǒng)等。

3設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1合理選擇汽輪機(jī)選型工況，對機(jī)組整個設(shè)計(jì)來說是非常重要的，總體要求：保證汽輪機(jī)在較低的一個運(yùn)行條件下單獨(dú)驅(qū)動壓縮機(jī)在一定負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行，又要盡量降低汽輪機(jī)總體消耗，即汽輪機(jī)選型不能過大也不能過小。

3.2對壓縮機(jī)、膨脹機(jī)葉輪進(jìn)行強(qiáng)度分析、固有頻率分析，有效避開轉(zhuǎn)速引起的激振頻率、進(jìn)口導(dǎo)葉和擴(kuò)壓器葉片引起的激振頻率。膨脹機(jī)葉輪材質(zhì)的選擇，既要防腐又要強(qiáng)度合格。

3.3對壓縮機(jī)、汽輪機(jī)、膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子分別、整合進(jìn)行阻尼不平衡響應(yīng)分析，包括0%、25%、70%、100%、110%氣量的工作負(fù)荷，以模擬開車和跳車時負(fù)荷對臨界轉(zhuǎn)速的影響。

對壓縮機(jī)、汽輪機(jī)、膨脹機(jī)軸系進(jìn)行軸系扭振分析，保證機(jī)組多軸系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行。

3.4設(shè)置冷卻空氣及能量回收管線

壓縮機(jī)出口管線分支設(shè)置冷卻空氣管線和能量回收管線，其作用是：機(jī)組開停車時，提供冷卻空氣以保護(hù)膨脹機(jī)帶走熱量，空氣壓縮機(jī)升壓開車，而氧化反應(yīng)器不投料時，壓縮空氣通過能量回收管線使膨脹機(jī)發(fā)功回收能量，從而減少蒸汽消耗。

4 PTA工藝空氣壓縮機(jī)組布置

1）帶減速器布置

由于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速較高，為了保證合適的結(jié)構(gòu)布置空間，在壓縮機(jī)和汽輪機(jī)之間增設(shè)一個傳動齒輪箱進(jìn)行減速。減速器分別與汽輪機(jī)軸頭和空壓機(jī)大齒輪軸通過彈性聯(lián)軸器聯(lián)接。尾氣膨脹機(jī)與壓縮機(jī)大齒輪軸通過彈性聯(lián)軸器聯(lián)接。布置簡圖如圖1所示

2）惰軸布置

壓縮機(jī)齒輪箱增設(shè)一個大齒輪作為中間傳動齒輪。大齒輪與兩個壓縮級齒輪軸水平布置，汽輪機(jī)輸入齒輪軸（惰軸）布置在大齒輪軸下方。蒸汽輪機(jī)與空壓機(jī)大齒輪軸正下方的惰軸通過彈性聯(lián)軸器聯(lián)接。尾氣膨脹機(jī)與壓縮機(jī)大齒輪軸通過彈性聯(lián)軸器聯(lián)接。布置簡圖如圖2所示

5結(jié)語

隨著市場的發(fā)展，必然會對已有各項(xiàng)技術(shù)提出進(jìn)一步要求，只有緊靠市場，開發(fā)研制出滿足市場需要的產(chǎn)品才能生存。想要發(fā)展，更是要根據(jù)市場的具體要求，對產(chǎn)品進(jìn)行不斷的完善與改進(jìn)，這正是科技發(fā)展的根本動力，也是完成工業(yè)騰飛的必經(jīng)之路。

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