一种用于合成氨生产的空气加量装置的制作方法

1.本实用新型属于空气压缩机设备技术领域，具体涉及一种用于合成氨生产的空气加量装置。


背景技术：

2.现有技术中，生产合成液氨的组成气体为氢气(h2)和氮气(n2)，氢气由转化设备从天然气中的ch4来制取；氮气从压缩空气中提取。其中，空气压缩机是一种将低压气体提升为高压气体的从动流体机械，是合成氨工厂的动力心脏，具体压缩空气的过程为：通过汽轮机带动13级叶片的离心式空气压缩机，空气压缩机从吸气管吸入常压空气，常压空气经多级压缩后被加压至3.3mpa，变成高温高压空气经排气管送入反应系统，反应系统将空气中的氧气耗尽就能获得98.8％的纯净氮气供合成氨设备合成液氨，满足生产的需要。压缩空气的过程中，由于环境温度会影响压缩机入口空气的密度和体积，尤其是在夏天同样的工况下，压缩的空气量会少于其他季节的空气量，造成装置所需空气量不足，进而影响生产负荷。
3.现有技术中，为解决空气压缩机因外界环境温度高而导致压缩空气量不足这一问题，市面上多采用在空气压缩机入口加一循环冷却水换热器，用于冷却空气，增加空气的密度，但是这种措施冷却效果不明显，压缩空气量有限。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在针对现有技术中存在的问题，提供一种用于合成氨生产的空气加量装置，在原有的空气压缩机的管线上，并联增加了空气增压装置，用以解决空气压缩机因外界环境温度高而导致的压缩空气量不足的问题。
5.为实现以上技术目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.一种用于合成氨生产的空气加量装置，包括空气过滤器和空气压缩机，还包括空气增压装置和冷却器；所述空气压缩机和空气增压装置的入口管线并联连接空气过滤器的出口，所述空气增压装置的出口连接冷却器的冷却入口，所述冷却器的冷却出口分支出两道管线，第一道管线为接入大气的放空管线，第二道管线并入空气压缩机的入口。
7.进一步地，所述空气压缩机的入口管线上设置有第三气动控制阀，所述空气增压装置的入口管线上串联设置有第一气动控制阀和第二气动控制阀，所述放空管线上设置有第四气动控制阀，所述冷却器连接空气压缩机入口的管线上设置有第五气动控制阀。
8.进一步地，所述冷却器为循环冷却水换热器，包括冷却通道和冷却水通道，所述冷却通道连通冷却入口和冷却出口；所述冷却水通道连通冷却水进水口和冷却水回水口。
9.进一步地，所述空气增压装置包括驱动装置、传动轴、气体压缩装置和箱体；所述传动轴和气体压缩装置位于箱体内，所述驱动装置位于箱体外，所述驱动装置驱动连接传动轴，所述传动轴垂直穿过气体压缩装置；所述箱体底部设置有固定座，所述气体压缩装置固定安装在箱体的固定座上。
10.更进一步地，所述驱动装置还包括法兰连接装置，所述法兰连接装置的两端分别连接驱动装置和传动轴，所述法兰连接装置包括两个法兰片，两个法兰片通过多个螺栓固定连接并且中间保留间距，两个法兰片之间的螺栓上套接有塑料套筒；所述驱动装置为防爆电机。
11.更进一步地，所述气体压缩装置包括蜗壳、叶轮、梳齿密封和可倾瓦轴承；所述蜗壳为蜗牛壳状的空心壳体，所述传动轴垂直穿过蜗壳的侧面，所述叶轮位于蜗壳内部且固定安装在传动轴上，所述蜗壳和传动轴配合的两端各设置有1套可倾瓦轴承，在叶轮和可倾瓦轴承之间的蜗壳内部两侧各固定安装有5套梳齿密封，且所述梳齿密封有间隙地套设在所述传动轴上。
12.更进一步地，所述可倾瓦轴承为圆盘结构，所述圆盘结构中心设置有用于和传动轴固定配合的中心孔，并且围绕所述中心孔均匀设置有5个可倾瓦块。
13.更进一步地，每套梳齿密封是由多片内部含有梳齿的弹片组成的空心圆盘结构；叶轮为一级叶轮，且由多个叶片同轴心均匀固定在传动轴上。
14.更进一步地，所述蜗壳分为上壳体和下壳体，所述蜗壳的蜗壳中心孔一侧设置有导流通道进气口，与进气口连通设置有导流通道到达叶轮的气体入口，所述蜗壳沿螺旋线向上凸出的一端设置为出气口；所述蜗壳在进气口处沿蜗壳中心孔的圆周方向均匀设置有多个轴支撑；所述蜗壳的进气口靠近空气增压装置的入口位置，所述蜗壳的出气口与空气增压装置的出气口连通。
15.更进一步地，所述气体压缩装置配置有润滑油系统，两套可倾瓦轴承的进油口并联连通润滑油系统的润滑油上油管线，两套可倾瓦轴承的回油口并联连通润滑油回油管线。
16.与现有技术相比，本实用新型所产生的有益效果是：
17.(1)本实用新型在原有的空气压缩机系统上并联增加了空气增压装置，该空气增压装置的出口管线经冷却器冷却后并入空气压缩机的入口，被空气增压装置压缩后的气体出口压力为20kpa，温度为41℃，再经冷却器冷却后由41℃降至25℃，与之前未配置空气增压装置前比，气体温度在冷却器的作用下基本无变化，压力有所增加，主要体现在空气气体量的增加，被空气增压装置压缩后的气体温度、压力满足原空气压缩机的入口气体条件；当外界环境温度高尤其是夏季时，可以通过启用空气增压装置来增加空气压缩机入口处的空气量，进而增加空气压缩机进入生产系统的空气量，最终满足生产系统的需要，有效解决了因环境温度高而导致的压缩空气量不足、无法满足生产需要的问题；
18.(2)本实用新型在原有的空气压缩机系统上并联增加了空气增压装置，可以在生产系统负荷高、所需空气量不足的情况下，启用空气增压装置以增加压缩空气量，满足生产；在生产系统负荷低、所需空气量充足的情况下，停用空气增压装置，节省电能，不仅结构简单，而且使用方便；
19.(3)本实用新型的空气增压装置使用防爆电机作为驱动装置，能够保障运行安全，而且与使用蒸汽透平相比，使用防爆电机作为动力源具有稳定可靠、易启动的优点；空气增压装置的蜗壳内部叶轮两侧各固定安装有5套梳齿密封，每套梳齿密封是由多片内部含有梳齿的弹片组成的空心圆盘结构，利用梳齿组成的迷宫空间可以阻挡蜗壳内的气体逸出，减少空气泄漏量；气体压缩装置两侧与传动轴配合处分别固定安装1套可倾瓦轴承，2套可
倾瓦轴承并联连通润滑油上油管线和润滑油回油管线，每套可倾瓦轴承设置有5个可倾瓦块，所述可倾瓦块能随着转速、载荷及轴承温度的不同而自由摆动，在轴颈周围形成多油楔，且各个油膜压力总是指向中心，具有较高的稳定性，能够为转子的旋转轴颈提供较好的润滑效果；
20.(4)本实用新型的空气增压装置，在防爆电机和传动轴之间设置有法兰连接装置，所述法兰连接装置包括两个法兰片，两个法兰片通过多个螺栓固定连接，在驱动旋转时具有自动找准中心轴的作用；两个法兰片之间的螺栓上套接有塑料套筒，在驱动旋转时能够起到缓冲的作用；通过法兰连接装置可以避免防爆电机和传动轴因直接刚性连接而导致冲击载荷过大，影响、甚至损坏防爆电机的正常工作，同时，也能够承受防爆电机启动时的大扭矩，可保证运行的稳定性；
21.(5)本实用新型的技术方案不仅适用于合成氨的生产，而且适用于其他需要空气压缩的行业，甚至适用于其他的气体压缩，推广使用价值大，实用性强。
附图说明
22.图1为本实用新型实施例的结构示意图；
23.图2为本实用新型实施例中空气增压装置的结构示意图；
24.图3为本实用新型实施例中空气增压装置的可倾瓦轴承的结构示意图；
25.图4为本实用新型实施例中空气增压装置的蜗壳的主视图；
26.图5为本实用新型实施例中空气增压装置的蜗壳的侧视图；
27.图6为本实用新型实施例中空气增压装置的梳齿密封的侧视图；
28.图中：1-过滤器，2-空气增压装置，21-蜗壳，211-进气口，212-出气口，213-轴支撑，214-蜗壳中心孔，22-叶轮，23-传动轴，24-可倾瓦轴承，241-可倾瓦块，242-可倾瓦中心孔，25-梳齿密封，26-法兰连接装置，261-法兰片，262-塑料套筒，27-防爆电机，28-润滑油上油管线，29-润滑油回油管线，30-箱体，3-冷却器，301-冷却水进水口，302-冷却水回水口，4-空气压缩机，51-第一气动控制阀，52-第二气动控制阀，53-第三气动控制阀，54-第四气动控制阀，55-第五气动控制阀。
具体实施方式
29.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
30.结合图1-6所示，本实用新型提供了一种用于合成氨生产的空气加量装置，其特征在于，包括空气过滤器1、空气增压装置2、冷却器3和空气压缩机4；所述空气压缩机4和空气增压装置2的入口管线并联连接空气过滤器1的出口，所述空气增压装置2的出口连接冷却器3的冷却入口；所述冷却器3为循环冷却水换热器，包括冷却通道和冷却水通道，所述冷却通道连通冷却入口和冷却出口，所述冷却水通道连通冷却水进水口301和冷却水回水口302，冷却水通过冷却水管道循环流动，以实现冷却通过冷却器3中的空气的作用；所述冷却器3的冷却出口分支出两道管线，一道管线为接入大气的放空管线，另一道管线并入空气压
缩机4的入口。
31.所述空气压缩机4的入口管线上设置有第三气动控制阀53，所述空气增压装置2的入口管线上串联设置有第一气动控制阀51和第二气动控制阀52，通过这两个控制阀可以实现更精准地控制进入空气增压装置2的空气量；所述放空管线上设置有第四气动控制阀(54)，用于将空气增压装置2压缩空气后多余的空气排放至大气；所述冷却器3连接空气压缩机4入口的管线上设置有第五气动控制阀55，用于控制进入空气压缩机4的空气量，同时，通过调节第五气动控制阀55控制并入的压缩空气量、第四气动控制阀54控制放空的压缩空气量，可以避免因并入的空气压缩量大幅波动，如过多或过少，导致空气压缩机4发生喘振而影响压缩机4正常工作。
32.所述空气增压装置2包括驱动装置、法兰连接装置26、传动轴23、气体压缩装置和箱体30；所述驱动装置为防爆电机27，所述防爆电机27固定连接法兰连接装置26，所述法兰连接装置26固定连接传动轴23，所述传动轴23上固定安装气体压缩装置；所述传动轴和气体压缩装置位于箱体30内，所述驱动装置包括法兰连接装置26均位于箱体30外，所述箱体30底部设置有固定座(未示出)，所述气体压缩装置固定安装在箱体30的固定座上；所述法兰连接装置26包括两个法兰片261，两个法兰片261通过多个螺栓固定连接并且中间保留间距，在驱动旋转时具有自动找准中心轴的作用，两个法兰片261之间的螺栓上套接有具有缓冲作用的塑料套筒262；所述法兰连接装置可以避免防爆电机27和传动轴23因直接刚性连接而导致冲击载荷过大，影响、甚至损坏防爆电机27的正常工作，同时，也能够承受防爆电机27启动时的大扭矩，可保证运行的稳定性。
33.所述气体压缩装置包括蜗壳21、叶轮22、可倾瓦轴承24和梳齿密封25；所述蜗壳21为蜗牛壳状的空心壳体，由上壳体和下壳体两部分固定配合形成，并沿蜗壳中心孔214的圆周方向均匀设置有多个轴支撑213，通过蜗壳中心孔214及其两端的可倾瓦轴承24固定安装在传动轴23上，如图4-5所示；所述可倾瓦轴承24为圆盘结构，如图3所示，所述圆盘结构中心设置有用于和传动轴23固定配合的可倾瓦中心孔242，并且围绕所述可倾瓦中心孔242均匀设置有5个可倾瓦块241；所述叶轮22为一级叶轮，位于蜗壳21内部，由多个叶片同轴心均匀固定在传动轴23上；在叶轮22和可倾瓦轴承24之间的蜗壳21内部两侧各固定安装有5套梳齿密封25，所述梳齿密封25有间隙地套设在所述传动轴23上，每套梳齿密封25是由多片内部含有梳齿的弹片组成的空心圆盘结构，如图6所示，所述梳齿密封25通过迷宫密封结构阻挡进入的被压缩空气逸出，防止被压缩空气泄露到外面；所述蜗壳21的蜗壳中心孔214一侧设置有导流通道进气口211，与进气口211连通设置有导流通道到达叶轮22的气体入口，所述蜗壳21沿螺旋线凸出的一端设置为出气口212，所述蜗壳21的进气口211靠近空气增压装置2的箱体30的入口位置，所述蜗壳21的出气口212与空气增压装置2的箱体30的出气口连通；同时，蜗壳21沿螺旋角增大的方向与传动轴23的旋转方向相同设置，这样设置的目的是便于气体压缩装置对空气进行压缩后排出。
34.所述气体压缩装置还配置有润滑油系统，所述润滑油系统包括润滑油上油管线28、润滑油回油管线29、油箱、油泵和换热器，两套可倾瓦轴承24的进油口并联连通润滑油系统的润滑油上油管线28，两套可倾瓦轴承24的回油口并联连通润滑油回油管线29，所述油泵通过润滑油上油管线28连通油箱并从油箱中泵出润滑油，通过润滑油上油管线28输送到两套可倾瓦轴承24的进油口，通过可倾瓦轴承24来润滑转子的旋转轴颈，润滑后的润滑
油在重力的作用下返回润滑油回油管线29，并经过润滑油回油管线29上设置的换热器换热冷却后送回油箱，实现润滑油的循环使用。
35.该空气增压装置2的出口管线经冷却器3冷却后并入空气压缩机4的入口，被空气增压装置2压缩后的气体出口压力为20kpa，温度为41℃，再经冷却器3冷却后由41℃降至25℃，与之前未配置空气增压装置2前比，气体温度在冷却器3的作用下基本无变化，压力有所增加，主要体现在空气气体量的增加，被空气增压装置2压缩后的气体温度、压力满足原空气压缩机4的入口气体条件。
36.此外，空气增压装置2并入空气压缩机4的空气量根据理想气体状态方程计算，理想气体状态方程为：pv＝nrt，其中，p-气体压力，v-气体体积，n-物质的量，r-常数，t-气体温度 273.15℃。
37.工作原理：
38.(1)在生产系统负荷高、所需空气量不足时
39.启用空气增压装置2，调节打开第一气动控制阀51、第二气动控制阀52、第三气动控制阀53、第四气动控制阀54和第五气动控制阀55；外界大气中的空气通过过滤器1过滤后分别到达空气压缩机4和空气增压装置2；进入空气增压装置2的空气经蜗壳21的进气口211进入叶轮的入口流道，并经过叶轮旋转压缩后经蜗壳21的出气口212排出，然后流经冷却器3进行冷却，冷却后的压缩空气经冷却器3的一条分支管线并入空气压缩机4的入口，并根据空气压缩机4入口处检测的温度、压力和空气量，调节第五气动控制阀55的开度大小以控制并入的压缩空气量，使得空气压缩机4入口的空气量满足整个系统的需求，同时调节第四气动控制阀54的开度大小将多余的压缩空气经放空管线排放至环境大气中，并通过调节第五气动控制阀55控制并入的压缩空气量和第四气动控制阀54控制放空的压缩空气量，避免因并入的压缩空气量大幅波动，如过多或过少，导致空气压缩机4发生喘振而影响正常工作；
40.(2)在生产系统负荷低、所需空气量充足时
41.关闭空气增压装置，关闭第一气动控制阀51、第二气动控制阀52、第四气动控制阀54和第五气动控制阀55，打开第三气动控制阀53，仅使用原有的空气压缩机4进行工作即可满足生产的需要，同时节省电能。
42.以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用以限制本实用新型。凡在本实用新型的申请范围内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。