MVR蒸發(fā)工藝系統(tǒng)中壓縮機(jī)的選用分析

盧奇，黃超，秦妮，周振，楊帆

工藝與裝備

MVR蒸發(fā)工藝系統(tǒng)中壓縮機(jī)的選用分析

盧奇1，2，黃超1，2，秦妮1，2，周振1，2，楊帆1，2

（1. 上海藍(lán)濱石化設(shè)備有限責(zé)任公司，上海 201518； 2．甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司，甘肅 蘭州 730070）

介紹化工及環(huán)保工程領(lǐng)域中MVR蒸發(fā)系統(tǒng)的工藝流程。蒸發(fā)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)點主要依附于壓縮機(jī)的選擇，目前市場上的壓縮機(jī)主要有羅茨式壓縮機(jī)、離心式壓縮機(jī)和旋渦式壓縮機(jī)，根據(jù)不同類型壓縮機(jī)的功能特點進(jìn)行比較，探討不同工況下MVR蒸發(fā)系統(tǒng)中壓縮機(jī)的選用原則。

蒸發(fā)系統(tǒng)；羅茨式壓縮機(jī)；離心式壓縮機(jī)；旋渦式壓縮機(jī)

目前，世界各國均面臨著能源危機(jī)，而我國近年來一直提倡節(jié)能環(huán)保這種途徑來擺脫能源短缺，并以此作為我國的基本國策之一[1]。

蒸發(fā)作為化工基本工藝系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用于生物制藥、果汁濃縮、廢水處理及海水淡化等行業(yè)，經(jīng)過多年的工藝探索與升級，提出了機(jī)械蒸汽再壓縮技術(shù)（MVR）。

MVR蒸發(fā)工藝系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)點主要依附于壓縮機(jī)的選擇，目前工業(yè)應(yīng)用最廣的壓縮機(jī)主要有羅茨式壓縮機(jī)、離心式壓縮機(jī)和旋渦式壓縮機(jī)3種類型，而根據(jù)不同工況，正確地選擇相應(yīng)的壓縮機(jī)類型變得尤為重要。

1 MVR蒸發(fā)工藝系統(tǒng)工藝流程簡介

MVR蒸發(fā)工藝系統(tǒng)工藝流程簡圖如圖1所示。

圖2 MVR蒸發(fā)工藝系統(tǒng)工藝流程簡圖

本MVR蒸發(fā)工藝系統(tǒng)流程簡述如下：物料通過預(yù)熱器被新鮮蒸汽及板式蒸發(fā)器冷凝水預(yù)熱到蒸發(fā)要求溫度后，進(jìn)入板式蒸發(fā)器物料側(cè)，在蒸發(fā)器內(nèi)被汽側(cè)飽和蒸汽加熱，經(jīng)受熱、沸騰、汽化后，沸騰的物料進(jìn)入分離器，濃縮后的物料通過物料泵抽出，進(jìn)入后續(xù)工段，而產(chǎn)生的二次蒸汽通過蒸汽聯(lián)管進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)口被壓縮，重新被壓縮為溫度更高的飽和蒸汽后，回到蒸發(fā)器汽側(cè)，在蒸發(fā)器汽側(cè)經(jīng)過放熱、冷凝過程后，再經(jīng)過氣液分離罐將冷凝水排出，部分二次蒸汽及不凝氣進(jìn)入冷凝器，被循環(huán)冷卻水進(jìn)行換熱冷凝后，經(jīng)冷凝水泵抽出，整個系統(tǒng)在負(fù)壓狀態(tài)下進(jìn)行，靠真空泵保證負(fù)壓狀態(tài)。

2 壓縮機(jī)類型介紹

2.1 羅茨式壓縮機(jī)

工作原理：羅茨式壓縮機(jī)的工作原理類似于齒輪泵，屬于容積型壓縮機(jī)，機(jī)殼內(nèi)有兩個特殊形狀的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子一般有兩葉或三葉[2]，轉(zhuǎn)子葉片的凹入部分會與殼壁組成工作容積，在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)過程中帶走吸入口的氣體，從排氣口排出，其中因為有較高的壓力氣體回流，造成工作容積中壓力瞬間升高，進(jìn)而使得氣體的溫度升高。

材質(zhì)：根據(jù)工作介質(zhì)（二次蒸汽）中夾帶物料多少而定，壓縮機(jī)關(guān)鍵部件即為轉(zhuǎn)子，一般采用鍍鎳、鍍鋅防腐碳鋼和不銹鋼加工而成。

優(yōu)點：羅茨式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速一般在980~1 450 r·min-1，轉(zhuǎn)速較低，所以具有良好的穩(wěn)定性，壓縮比相對較高[3]，適用于處理高濃度廢水，設(shè)備總造價相對較低。

缺點：設(shè)備機(jī)體一般鑄造而成，相對笨重，且機(jī)構(gòu)復(fù)雜，要求精加工，性能上排量相對過小、效率低，一般每次運轉(zhuǎn)2 000 h后需要檢修保養(yǎng)，導(dǎo)致其連續(xù)運轉(zhuǎn)性能差；同時羅茨風(fēng)機(jī)噪聲頻譜較寬，且以63~8 000 Hz的低中頻噪音為主要成分，在運行中的噪聲高達(dá)100 dB以上，對人員健康傷害較大。

2.2 離心式壓縮機(jī)

離心式壓縮機(jī)分普通離心式壓縮機(jī)和單級高速離心式壓縮機(jī)2種。

工作原理：離心式壓縮機(jī)的工作原理類似離心泵，依靠動能轉(zhuǎn)化為勢能，屬于動力型壓縮機(jī)。離心式壓縮機(jī)可以利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪將氣體加速，氣體在離心力作用下被甩入壓縮機(jī)的擴(kuò)壓腔內(nèi)，從而葉輪處形成負(fù)壓，將進(jìn)口蒸汽吸入，周而復(fù)始，依靠能量轉(zhuǎn)化，使蒸汽溫度升高。

材質(zhì)：根據(jù)工作介質(zhì)（二次蒸汽）中夾帶物料多少而定，壓縮機(jī)關(guān)鍵部件即為葉輪，一般采用雙相鋼或鈦合金等加工而成。

優(yōu)點：普通離心式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速為6 000~9 000 r·min-1，單級高速離心式壓縮機(jī)葉輪外端線速度大于400 m·s-1，轉(zhuǎn)速最高可達(dá)30 000 r·min-1，并且漏氣率小，工作效率高，生產(chǎn)能力大，供氣量平穩(wěn)，除了聯(lián)軸器外，壓縮機(jī)腔內(nèi)不需要潤滑，可避免潤滑油浪費，且不易漏油造成氣體污染。離心式壓縮風(fēng)機(jī)噪音頻率在8 000～12 000 Hz，為高頻次生波噪音，超出了人耳敏感區(qū)，對人員的傷害并不大。

缺點：離心壓縮風(fēng)機(jī)在輸氣管道上容易發(fā)生喘振，且壓比相對較低，因為葉輪轉(zhuǎn)速較高，所以一般應(yīng)用于大中流量場合，而不適合小流量場合。

2.3 旋渦式壓縮機(jī)

工作原理：旋渦式壓縮機(jī)是一種介于離心式與容積式之間的壓縮機(jī)，屬于摩擦型壓縮機(jī)[4]。它是有兩個雙函數(shù)方程型線的動、靜渦盤相互咬合而成，氣體通過空氣濾芯吸入靜盤周圍，隨著偏心軸的旋轉(zhuǎn)，氣體在動靜盤噬合所組成的若干個月牙形壓縮腔內(nèi)被逐步壓縮，然后由靜盤中心部件的軸向孔連續(xù)排出，借助流體之間的動能交換來傳遞能量，獲得高品質(zhì)蒸汽。

材質(zhì)：根據(jù)工作介質(zhì)（二次蒸汽）中夾帶物料多少而定，壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)件材質(zhì)一般采用碳鋼或不銹鋼等加工而成。

優(yōu)點：旋渦式壓縮機(jī)由于運動部件少，沒有往復(fù)運動機(jī)構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)相對簡單，體積小，重量輕，密封性好。因為動渦盤與主軸等運動部件的受力變化小，而使得設(shè)備本體震動小，運行平穩(wěn)，相對的噪音很低，不會對人體造成傷害。

缺點：旋渦式壓縮機(jī)由于運動機(jī)件表面多為曲面形狀，勢必增加加工難度，而需要高精度的加工儀器及精準(zhǔn)的調(diào)心裝配技術(shù)，因此設(shè)備成本較高。由于其工作原理為借助流體之間的動力轉(zhuǎn)換來傳遞能量，并伴有較大的沖擊損失，所以工作效率較低。

3 壓縮機(jī)類型的選用分析

壓縮機(jī)的選用一般根據(jù)工作介質(zhì)的壓力、溫度、流量及要求的溫升等參數(shù)來確定壓縮機(jī)的型式、材質(zhì)、處理能力及結(jié)構(gòu)尺寸等內(nèi)容。

3.1 從技術(shù)層面考慮

3種類型壓縮機(jī)處理的溫升不同，其中羅茨式壓縮機(jī)的溫升范圍在22~25 ℃，普通離心式壓縮機(jī)的溫升范圍在8~10 ℃，單級高速離心式壓縮機(jī)的溫升范圍在25~30 ℃。如工藝要求溫升高于10 ℃的情況下就只能考慮羅茨式壓縮機(jī)或單級高速離心式壓縮機(jī)，而通過考慮其處理量的差異，如果處理量小的話可以考慮羅茨式壓縮機(jī)，反之，則應(yīng)優(yōu)先考慮單級高速離心式壓縮機(jī)。如果場地有限制，要求體積小、質(zhì)量輕等，則考慮選擇旋渦式壓縮機(jī)。

在高溫高濕的工作環(huán)境中，且介質(zhì)存在腐蝕性，材質(zhì)應(yīng)以不銹鋼或雙相鋼為首選，而3種類型壓縮機(jī)中，由于羅茨式壓縮機(jī)是通過兩個轉(zhuǎn)子相互嚙合旋轉(zhuǎn)，而應(yīng)具備一定間隙，由于不銹鋼要比碳鋼軟很多，所以運行中轉(zhuǎn)子形變會相對較大，運行周期過長，會造成轉(zhuǎn)子間的間隙逐漸縮小，最終咬合在一起，導(dǎo)致壓縮機(jī)失效，所以此時更應(yīng)考慮離心式壓縮機(jī)。

3.2 從經(jīng)濟(jì)層面考慮

在使用條件相同的情況下，運行成本需要考慮在內(nèi)，不同的設(shè)備形式，其功率均不相同，耗電量則不相同，其前期配套的場地基建投資均有差異，后期的運行費用（如循環(huán)水用量、儀表氣、密封氣補(bǔ)氣[5]等）也需要進(jìn)行考慮。

4 結(jié)束語

機(jī)械蒸汽再壓縮技術(shù)（MVR）在近年來節(jié)能環(huán)保的大環(huán)境下得到越來越廣泛的應(yīng)用，隨著MVR工藝系統(tǒng)的逐漸成熟，其中壓縮機(jī)的正確選用就顯得尤為重要。本文對3種類型的常用壓縮機(jī)的原理及優(yōu)缺點等進(jìn)行了對比分析，可以為壓縮機(jī)的選擇提供一些參考。

［1］李偉，朱曼利，洪厚勝. 機(jī)械蒸汽再壓縮技術(shù)（MVR）研究現(xiàn)狀[J]. 現(xiàn)代化工，2016，36（11）：28-31.

［2］劉德亮. 機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)性能研究[D]. 浙江：浙江工業(yè)大學(xué)，2013.

［3］顧承真，洪厚勝，張志強(qiáng)，等. 羅茨壓縮機(jī)驅(qū)動MVR熱泵系統(tǒng)的實驗研究[J]. 化工進(jìn)展，2015，34（6）：1602-1612.

［4］湯添鈞，劉成剛，李偉華. 離心式與旋渦式壓縮機(jī)驅(qū)動的MVR系統(tǒng)運行效果比較[J]. 食品與機(jī)械，2016，32（10）：97-204.

［5］李旭東，肖麗，陳琦. 淺談工藝離心壓縮機(jī)的選用方法[J]. 燃料與化工，2015，46（4）：56-58.

一、基本情況

2018年1月，遼寧省人民政府批準(zhǔn)成立了本溪南芬經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，為省級經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)。本溪南芬經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)以遼寧南芬鑄件產(chǎn)業(yè)園為核心區(qū)和起步區(qū)，整合南芬區(qū)下馬塘街道辦事處區(qū)域和南芬區(qū)新材料產(chǎn)業(yè)園而形成。本溪南芬經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)規(guī)劃總面積29.87平方公里，其中，鑄件產(chǎn)業(yè)園鑄造板塊規(guī)劃面積7.97平方公里、化工板塊規(guī)劃面積1.19平方公里；新材料產(chǎn)業(yè)園規(guī)劃面積2平方公里，下馬塘街道辦事處規(guī)劃面積18.71平方公里。

遼寧南芬鑄件產(chǎn)業(yè)園作為經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的核心區(qū)域，于2010年5月經(jīng)本溪市人民政府批準(zhǔn)成立的市級工業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)，行使市級經(jīng)濟(jì)管理權(quán)限和相關(guān)社會管理權(quán)限；2012年園區(qū)被納入全省100個工業(yè)產(chǎn)業(yè)集群考核；2014年成為南芬區(qū)國家獨立工礦區(qū)改造產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移承接地。2018年1月，獲省政府批準(zhǔn)晉升為省級經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，定名為本溪南芬經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)。

二、核心區(qū)域規(guī)劃和環(huán)評審批手續(xù)情況

遼寧南芬鑄件產(chǎn)業(yè)園產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃于2010年10月獲得本溪市人民政府批準(zhǔn)實施；園區(qū)土地總體利用規(guī)劃于2011年獲得遼寧省人民政府批準(zhǔn)實施；園區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃于2012年8月獲得南芬區(qū)人民政府批準(zhǔn)實施；園區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃環(huán)評于2014年5月獲得本溪市環(huán)保局批準(zhǔn)實施；2017年12月，園區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃（2017年修編）獲得南芬區(qū)人民政府批準(zhǔn)實施；2018年4月，園區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃（2017年修編）環(huán)評獲本溪市環(huán)保局批準(zhǔn)實施。

三、核心區(qū)域化工板塊情況

2018年，南芬區(qū)立足區(qū)域產(chǎn)業(yè)和資源，以市場為導(dǎo)向，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，通過實施項目拉動戰(zhàn)略和推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，在本溪南芬經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)起步區(qū)內(nèi)（遼寧南芬鑄件產(chǎn)業(yè)園）規(guī)劃1.19平方公里土地，建設(shè)了化工板塊。以精細(xì)化工作為園區(qū)化工板塊主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，大力發(fā)展醫(yī)藥化工，鼓勵發(fā)展塑料助劑、鑄造助劑等相關(guān)產(chǎn)業(yè)，形成具有特色的現(xiàn)代新型精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)基地。通過核心區(qū)域化工板塊的設(shè)立，本溪圣華化工搬遷改造項目、年產(chǎn)20萬噸硅酸鈉生產(chǎn)線項目，擬入駐本溪南芬經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)。

Analysis on Selection of Compressor in MVR Evaporation Process System

1,2,1,2,1,2,1,2,1,2

（1. Shanghai Lanbin Petrochemical Equipment Co., Ltd., Shanghai 201518, China;2. Lanpec Technologies Limited, Lanzhou Gansu 730070, China）

The process flow of MVR evaporation system in the field of chemical engineering and environmental protection engineering was introduced. To realize the energy-saving advantage of the evaporation system mainly depends on the choice of compressor. The compressors in the market mainly include Roots compressors, centrifugal compressors and scroll compressors. According to the functional characteristics of different types of compressors, they are compared and analyzed. Under different working conditions, the principle of compressor selection in MVR evaporation system was discussed.

Evaporation system; Roots compressor; Centrifugal compressor; Vortex compressor

TH45

B

1004-0935（2020）07-0817-03

甘肅省科技計劃資助項目（項目編號：18YF1GA005）。

2020-07-04

盧奇（1987-），男，工程師，黑龍江省大慶市人，研究方向：蒸發(fā)傳熱、結(jié)晶技術(shù)及板式換熱器。