阐述某机组的设计与技术

　　一，硝酸四合一机组的技术特点

　　硝酸四合一机组是一个典型的能量自给自足型机组，在各单机的选型中必须遵循高效节能的原则，保证工艺系统的能量平衡。压缩机要有较宽的流量调节范围，适应工艺系统的变工况操作。在流量调节时，压缩机压力波动要小，满足硝酸生产对压力的要求，保证尾气中氧化氮的排放量达到环保要求。

　　1.硝酸四合一机组中各单机的技术特点

　　（1）空气压缩机的技术特点硝酸生产的原料为空气和氨，随着硝酸生产的规模扩大，在四合一机组中采用轴流压缩机作空气压缩机已成为一条准则，它的优点在于同等条件下，轴流压缩机的多变效率比离心压缩机高3%～8%，减少了压缩功耗。

　　轴流压缩机采用全静叶可调结构，进行变工况操作，可适应70%～110%流量变化要求。静叶调节与汽轮机变转速调节相匹配，可适应工艺特殊操作条件要求，如启动或极端的部分负荷操作。

　　（2）氧化氮压缩机的技术特点氧化氮压缩机一般采用离心压缩机，当进气量大于50000mh时也可采用轴流压缩机。氧化氮压缩机内部结构无死区，有效地防止铵盐结晶。

　　压缩机轴封采用迷宫充空气密封结构，确保工艺介质不外泄，不污染环境。

　　氧化氮压缩机采用三元流的设计，效率高，流量范围宽，它与空气压缩机的静叶调节相匹配，满足工艺部分负荷下操作的需要。

　　（3）尾气膨胀机的技术特点尾气膨胀机是四合一机组中的关键设备，工艺系统的压力就是靠它的节流来实现的，它回收尾气的压力能和热能驱动压缩机。尾气膨胀机为轴流式，**级静叶可调，静叶调节与轴流压缩机静叶调节相匹配，提高尾气膨胀机部分负荷下的工作效率，满足工艺系统操作需要。

　　（4）汽轮机的技术特点汽轮机用于补充尾气膨胀机回收功与压缩功之间的亏损，蒸汽来源于氨氧化反应生产的过热蒸汽。机组启动阶段需要外供蒸汽源。汽轮机的设计必须有较大的过载能力，用于工艺操作中不同阶段的需要，特别是启动阶段，尾气膨胀机出力较少。

　　2.硝酸四合一机组总体设计特点

　　（1）进行优化设计，使各单机转速匹配，保证空气压缩机，氧化氮压缩机和尾气膨胀机在较高的效率下运行。

　　（2）各单机按动力学计算，使临界转速避开工作转速；进行机组扭振分析，使机组长周期安全运行。

　　（3）选用合适的联轴器，解决各单机之间的热膨胀和轴向推力问题。

　　（4）机组各单机之间的功率平衡计算，满足机组不同条件下的运行要求。

　　（5）空气压缩机静叶调节与氧化氮压缩机和尾气膨胀机**级静叶调节之间的匹配设计，满足硝酸装置变工况运行操作。

　　（6）可靠易维护的迷宫充空气密封，保证氧化氮介质和尾气不外泄。

　　（7）采用蒸汽清洗，对氧化氮压缩机内形成的铵盐进行在线清除，确保机组安全运行。

　　3.硝酸四合一机组的自动控制安全保护系统四合一机组是硝酸生产的核心设备，任何机器的故障都将影响到工艺生产，监测机组运行状态是否良好的自动控制系统特别重要，它是机组的神经，机组运行必不可少的一部分。除正常检测项目外，机组的自控系统还有如下特点。

　　（1）轴运转监测系统该系统选择美国BENTLY公司3300系列振动仪表和故障诊断系统，对机组轴系进行监测，正确反映机组运转情况，为操作人员提供各种数据图表，判断机组运行是否正常。

　　（2）流量串级调节系统硝酸四合一机组的流量调节是靠轴流压缩机的静叶来实现的，根据工艺系统的流量要求，改变静叶的开度，实现流量调节功能。当流量调节完成后，根据流量值可以改变尾气膨胀机的静叶开度，使膨胀机工作在高效区。轴流压缩机静叶调节流量是根据要求自动操作的，尾气膨胀机的静叶操作通过手操器操作。

　　（3）压缩机防喘振调节喘振是压缩机的固有特性，为了避免喘振给机组和装置带来的危害，设置压缩机的防喘振调节系统是必须的。由于硝酸生产的特殊性，防喘振调节系统与其它压缩机的防喘振调节不同。为保证装置安全，当压缩机运行点接近防喘振线时，进行喘振预报警，当工作点进入防喘振区域时，防喘振阀打开，同时发出联锁停机信号，切断工艺氨气进气阀，机组和装置同时停机。查明原因，重新启动机组恢复生产。

　　二，首套国产硝酸四合一机组运行情况及应用中问题的讨论

　　首套国产硝酸四合一机组在350td硝酸装置中成功投运，结束了国内双加压法硝酸生产靠引进国外机组的历史。该套机组基本达到了工艺操作要求，满足了生产需要。

　　1.压缩机之间的匹配和调节在硝酸四合一机组中，轴流压缩机和氧化氮压缩机的耗动*大，采用高效节能的压缩机对功率平衡至关重要，否则装置就无法维持能量自给自足。从图1中可以看出，轴流压缩机的排气压力要满足氧化炉的氨氧化压力，氧化氮压缩机的排气压力要满足吸收塔的吸收要求，这些压力都是靠尾气膨胀机的节流来实现的。在硝酸装置中，由于化学反应压缩机的流量是变化的，压缩机之间和压缩机与尾气膨胀之间的匹配设计成为保证机组性能的关键。

　　在首套硝酸四合一机组运行中，系统硝酸吸收压力偏低，氨氧化压力达不到工艺要求，造成这种现象的原因何在压缩机的设计是成熟的，性能也进行过工厂测试，达到设计要求，而运行在工艺系统中，就无法达到满意的操作参数，原因何在通过现场实际记录的**手资料分析，问题在空气压缩机和氧化氮压缩机之间的匹配设计上。在工艺管线上只有尾气膨胀机进气切断阀可用于系统调压，在正常操作时系统的压力靠尾气膨胀机的节流来实现。空气压缩机的排气管线上没有压力调节阀，它的压力的建立靠氧化氮压缩机，尾气膨胀机和管网的阻力来实现。造成硝酸四合一机组运行压力低于工艺要求的原因在于工艺装置调压时空气压缩机的反应太小，提高空气压缩机的做功能力，成为四合一机组设计的关键。

　　硝酸四合一机组的流量调节靠空气压缩机的静叶来实现，在氧化氮压缩机设计时，必须考虑它有足够的流量调节范围，与空气压缩机的设计相适应。

　　2.尾气膨胀机的调节硝酸尾气膨胀机的设计与高炉煤气膨胀机和FCCU烟气膨胀机的设计不同，尾气膨胀机的介质压力高，流量小，没有固体颗粒，气体有腐蚀性；而后两者特点相反，压力低流量大有固体颗粒磨损，因此尾气膨胀机一般为多级膨胀，所选材料均要耐硝酸腐蚀。

　　在硝酸装置中，系统压力的建立全是靠尾气膨胀机的节流来实现的，因此尾气膨胀机的通流面积不仅要满足正常运行时的需要，而且要考虑到机组部分负荷运行时的节流要求。尾气膨胀机**级静叶可调，它的调节范围要与空气压缩机的调节相适应，并使膨胀机处于较高的效率区运行。

　　3.硝酸四合一机组特殊阀门的选取硝酸四合一机组中特殊阀门主要有压缩机的防喘振阀，止回阀，以及尾气膨胀机的进气切断阀和旁通快开阀。

　　压缩机止回阀和防喘振阀有成熟的使用经验，在选材上采用耐硝酸腐蚀的不锈钢，就能满足工艺操作要求。尾气膨胀机的进气切断阀和旁通快开阀，不仅要满足耐腐蚀要求，还要满足快关和快开功能。由于尾气的压力，温度高，阀门除了达到快关，快开要求外，还要实现以下要求：进气切断阀要注意快关后的卡死问题，旁通快开阀在高压，高温下密封要好，以减少尾气的泄漏量。

　　三，结束语

　　国内硝酸生产装置大多建于五六十年代，生产技术水平较低，尾气中氮氧化物浓度超标，既污染环境，又造成浪费。双加压法硝酸生产工艺，可使尾气中氮氧化物浓度小于200ppm，不需进行尾气处理，就可达到环保要求，该生产工艺在国际上处于**水平。由于国外硝酸四合一机组价格昂贵，致使国内企业在技改时采购国外二手设备，造成维修费用高，生产成本大，使双加压法硝酸生产技术难于推广。

　　首套国产硝酸四合一机组的成功投运，将加快国内硝酸装置的技改步伐，它为硝酸企业的技改提供了新的选择空间，为振兴民族工业做贡献。