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向心膨脹機在PTA工藝空氣壓縮機組國產化中的應用換氣扇的選型高
摘要： 簡介了 PTA 工藝對膨脹機和離心壓縮機組的要求，重點說明了向心膨脹機在三機組中的應用，最后作了技術展望。
關鍵詞： 向心膨脹機 ； 離心式壓縮機；應用；綜述
中圖分類號： TB653 ； TH452 文獻標識碼： B
Application of Centripetal Expander in Nationalization of PTA Technology Air-compressor Units
Abstract: This paper briefly introduces the requirements of PTA technology on expander and centrifugal compressor units and especially states the application of centripetal expander in three units. Finally, the technical prospect is given.
Key words: centripetal expander; centrifugal compressor; application; overview
0 引言
PTA 是精對苯二甲酸的簡稱，它是一種重要的石油化工中間原料，主要用于生產聚酯（ PET ），聚酯經過抽絲可得到占化學合成纖維 70% 的滌綸纖維。因此， PTA 是化纖行業的主要原料。隨著化纖行業的快速發展，國內 PTA 產量嚴重不足，每年都需大量進口。市場需求刺激著國內資金向 PTA 行業的投入，目前有一大批 PTA 項目正在建設或準備啟動。預計到 2010 年，我國 PTA 總產能將達1550萬噸/年，成為世界最大的 PTA 生產基地。
PTA 工業具有資金密集、技術密集等特點。目前，國內已經運行投產的 PTA 裝置，全部采用國外的工藝流程技術和關鍵設備。由于國外的工藝設計商與設備制造商之間建立了長期的戰略合作關系，在中國的 PTA 項目上一直處于壟斷地位。這種對國外技術和關鍵設備的依賴造成了國內的大型 PTA 裝置投資費用居高不下，進而提高了生產成本，削弱了市場競爭力，影響了企業經濟運行狀況。
結合我國自有知識產權工藝包，進行 PTA 關鍵設備——工藝空氣壓縮機組的國產化研發是突破國外行業壟斷，提高 PTA 裝置國產化水平，進一步提高我國裝備制造業水平的時代要求。
1 PTA 工藝包對壓縮機組的要求
目前， PTA 工藝包中應用較多的主要是中溫中壓工藝包和高溫高壓工藝包兩種。
中溫中壓工藝包 采用工藝空氣壓縮機向氧化反應器輸送工藝空氣，氧化反應器消耗空氣中的大部分氧氣后產生工藝尾氣。尾氣經過凈化處理后通過膨脹機回收能量，膨脹機排出的尾氣排至尾氣處理工程處理。氧化反應中所產生的副產蒸汽，通過冷凝式蒸汽輪機發功與膨脹機聯合驅動壓縮機。中溫中壓工藝包最明顯的就是所配置的壓縮機組采用汽輪機、壓縮機、膨脹機三機組配置方案。正常運行時，副產蒸汽和工藝尾氣的回收能量滿足壓縮機耗功需要，即功率平衡。
高溫高壓工藝包是對中溫中壓工藝包的進一步發展，通過提高氧化反應壓力，增加尾氣燃燒等步驟，進一步提高了副產蒸汽和氧化反應尾氣的焓值。從而膨脹機和蒸汽輪機回收的能量不僅滿足了壓縮空氣的功率消耗，還有較大的剩余。機組配置中增加了電動 / 發電機，從而形成了 汽輪機、壓縮機、膨脹機、發電機四機組配置方案。
兩種工藝包相比較而言，三機組相對投資較低，設備運行可靠度高，運行維護簡單方便。而四機組由于采用尾氣高溫燃燒后膨脹，機組自身功率平衡后還有剩余，可以對外發電，經濟效益較好。但含有醋酸和溴化物的高溫工藝尾氣腐蝕性很強，對工藝操作要求嚴格，對膨脹機的設計與運行維護都有較高的要求。同時增加一套發電機造成機組相對一次性投資較大，機組尺寸較大，故障點較多，靈活性較差,鋒速達是車間降溫水簾生產廠家。
綜合而言，中溫中壓的氧化反應可以將流程中產生的全部副產蒸汽、氧化尾氣充分地加以利用，建立了實際意義上的能量平衡。同時由于壓縮機組采用可變轉速蒸汽輪機進行驅動（四機組中由于發電機的限制，轉速不可調），使得裝置具有很高的操作靈活性，特別是對于冬季小工況的調節。工藝空氣壓縮機組在運行中可實現和工藝流程的協調工作，并在任何一個可能的操作點上保持相對較高效率。中溫、中壓的氧化工藝技術成熟，運行穩定、操作和維護費用低。
目前，國內的 PTA 項目主要以中溫中壓工藝流程的三機組為多。而中國紡織設計院及中石化上海工程有限公司的國產化工藝包都是以中溫中壓工藝為主要基礎進行開發的。因此 PTA 裝置關鍵設備——工藝空氣壓縮機組的國產化研制，應該針對三機組的工藝包進行。
2 向心膨脹機在三機組中的應用
國產化工藝包中采用三機組工藝空氣壓縮機組方案，即蒸汽輪機與尾氣膨脹機聯合驅動空氣壓縮機。氧化反應尾氣出口溫度較低，一般在 40 ℃ 左右，壓力一般為 1.1MPa 左右，經過換熱處理，溫度一般達到 130 ～ 180℃ 之間再進入膨脹機。由于尾氣膨脹后尾氣處理壓損較小，所需膨脹機排氣壓力在 0.11MPa 左右。這樣，如果直接膨脹，尾氣溫度下降較多，容易造成溫度過低從而析出凝液，在微量醋酸環境及溴化物存在的情況下，這對膨脹機材料形成較強的腐蝕性，嚴重影響機組的運行安全性。因此，在中溫中壓工藝包三機組方案中，一般情況下，中間加熱溫度也在 130~ 200℃ 之間選取，以避免膨脹機出口溫度較低，冷凝液析出。正是由于 PTA 尾氣的這一特性，在三機組 PTA 用工藝空氣壓縮機中，均采用配置中間加熱器的方式，利用副產蒸汽對膨脹尾氣進行二次加熱，提高溫度后再次進行膨脹。從而使氧化反應尾氣在膨脹回收能量工程中均遠離凝結溫度，保證了膨脹機工作過程中不被腐蝕。
向心膨脹機單級壓比較大，針對中溫中壓工藝包對膨脹機的要求，適合于采用雙級來完成氧化尾氣膨脹回收能量過程，這就為中間加熱器的設置提供了方便。為了提高膨脹效率，采用雙級不同轉速的配置方式使兩級均可采用高效三元流動基本級，這就需要采用組裝式向心膨脹機。組裝式向心膨脹機以其結構緊湊、效率高，便于中間加熱等技術特點成為適合 PTA 國產化工藝的最佳選擇。
隨著 PTA 裝置規模的大型化，并且正常運行過程中機組功率自平衡的特點，這就要求在啟動條件下，裝置對外來新鮮蒸汽源（啟動前無副產蒸汽和氧化尾氣）的依賴越小越好。在啟動過程中將部分壓縮空氣通過膨脹機回收部分功率，以降低對啟動新鮮蒸汽源的消耗。在裝置運行過程中，有時也需要特殊原因進行減產或將壓縮機部分壓縮空氣直接導入膨脹機排出。這都需要膨脹機擁有較寬的穩定運行范圍，以適應各種不同的工況需要。
在組裝式向心膨脹機中，采用可調進口導葉來滿足膨脹機工況調節的需要,鋒速達是負壓風機參數生產廠家。在透平機械中，轉動通流部件進口平均直徑與出口平均直徑的比值（D1/D2）是進口導葉調節能力的最直觀特征值。即D1/D2 越大，導葉調節能力越強。由此可知，調節能力依次是向心膨脹機＞軸流壓縮機＞軸流膨脹機＞離心壓縮機，也就是說與軸流膨脹機相比，向心膨脹機的穩定運轉范圍更寬，適應變工況能力更強。
綜上所述，組裝式向心膨脹機在 PTA 裝置中的應用是 PTA 工藝流程的特點所決定的，是最適合的一種氧化尾氣能量回收的機械實現形式。
3 技術展望
國外先進的 PTA 工藝壓縮機組制造商在中溫中壓工藝包三機組中，均采用組裝式空氣壓縮機和組裝式膨脹機的技術配置方案。我公司在向心膨脹機上有成熟的硝酸尾氣膨脹機的應用，在組裝式機械上有成熟的組裝式壓縮機的應用，同時具備承擔國內大型、特大型透平壓縮機國產化的研發經驗。因此，結合 PTA 國產化工藝包，在用戶與設計院的大力支持下，必將實現具備國際同類產品水平的大型 PTA 工藝空氣壓縮機組的國產化。
換氣扇選型：換氣扇按進排氣口分為隔墻型（隔墻孔的兩側都是自由空間，從隔墻的一側向另一側換氣）、導管排氣型(一側從自由空間進氣，而另一側通過導管排氣)、導管進氣型(一側通過導管進氣,而另一側向自由空間排氣)、全導管型（換氣扇兩側均安置導管,通過導管進氣和排氣）。按氣流形式分為離心式（空氣由平行于轉動軸的方向進入，垂直于軸的方向排出）、軸流式（空氣由平行于轉動軸的方向進入，仍平行于軸的方向排出）和橫流式（空氣的進入和排出均垂直于軸的方向）。
由電動機帶動風葉旋轉驅動氣流，使室內外空氣交換的一類空氣調節電器。又稱通風扇。換氣的目的就是要除去室內的污濁空氣，調節溫度、濕度和感覺效果。換氣扇廣泛應用于家庭及公共場所。
二、換氣扇的分類換氣扇按進排氣口分為隔墻型（隔墻孔的兩側都是自由空間，從隔墻的一側向另一側換氣）、導管排氣型(一側從自由空間進氣，而另一側通過導管排氣)、導管進氣型(一側通過導管進氣,而另一側向自由空間排氣)、全導管型（換氣扇兩側均安置導管,通過導管進氣和排氣）。按氣流形式分為離心式（空氣由平行于轉動軸的方向進入，垂直于軸的方向排出）、軸流式（空氣由平行于轉動軸的方向進入，仍平行于軸的方向排出）和橫流式（空氣的進入和排出均垂直于軸的方向）。
三、換氣扇換氣方式
換氣扇的換氣方式有排出式、吸入式、并用式三種。排出式從自然進氣口進入空氣，通過換氣扇排出污濁空氣；吸入式通過換氣扇吸入新鮮空氣，從自然排氣口排出污濁空氣；并用式是吸氣與排氣均由換氣扇來完成。
換氣量不同場所需要換氣量和換氣次數不同。一個人或每平方米所需的新鮮空氣量，稱為所需換氣量。在1小時內更換新鮮空氣的次數,稱為換氣次數。
結構百葉窗式換氣扇是使用最廣泛的換氣扇，主要由電動機、扇葉、風框、面板、百葉窗以及專用的拉線開關等附屬元件組成。電動機一般采用單相電容運轉異步電動機。 150mm規格以下的換氣扇也采用罩極式電動機。扇葉一般用 ABS、AS塑料注塑成型，重量輕而強度高。風框通常用薄鋼板沖壓和點焊制成，也有采用塑料注塑成型。面板采用塑料注塑成型。百葉窗通常采用薄鋼板或馬口鐵沖壓成型
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安裝在吸風口與出風口上,當壓力超過高壓鼓風機設置的壓力值時,或高壓鼓風機內壓力波動幅度超過設定值時,釋壓閥在0.2秒內,鋒速達是養殖廠排風機生產廠家,立即全部打開,將超過的壓力通過風流釋放出.從而起到保護高壓鼓風機的作用,當高壓鼓風機機內壓力降至安全值內時,閥門緩慢關閉,不會引起第二次壓力波動.
閥體外表為塑膠,內部為鋼網,耐酸潮濕腐蝕.RV01系列釋壓閥調適值為0-300mbar,RV-02系列 釋壓閥壓力調適值為0-600mbar.
摘要：論述了機械松動造成機組振動的故障原因和故障特征，通過對一臺電機基礎或軟腳松動故障的成功診斷實例介紹， 論證了根據故障特征判斷機械松動故障方法的有效性。該方法的使用能準確地得出 診斷結論。
關鍵詞： 故障征兆 ；機械松動；診斷
中圖分類號：TP206+.3 文獻標識碼：B
The Fault Diagnosis of Mechanical Looseness Based on Fault Symptom
Abstract: This paper describes the fault reason and characteristics of the machine vibration caused by mechanical looseness. Through a successful diagnosis example of the loose fault of a motor, the effectiveness of the method of judging mechanical looseness failure by fault characteristics is demonstrated. The use of the method can obtain diagnosis conclusions accurately.
Key words: fault characteristics; mechanical looseness; diagnosis
0 引言機械松動類故障是旋轉機械比較常見的一種故障現象，該類故障的許多特征經常與不平衡和不對中類似，易造成故障原因的誤判斷，給機組的有效維修帶來困難。根據故障特征判斷機械松動故障的方法能及時有效地識別和診斷出該類故障，對指導維修、節約維修費用和縮短檢修時間具有較高的實用價值。
1 機械松動的故障診斷
1.1 機械松動的分類和故障征兆
機械松動的故障特征的表現形式很多，主要分為以下3類。
1.1.1 結構框架或基礎松動
其中包括的故障類型有：（1）結構松動或機器地腳、基礎平板和混凝土基礎弱（剛性差）；（2 ）變形或破碎的砂漿；（3）框架或基礎變形（軟底腳）；（4）地腳螺栓松動[1] 。
其故障征兆有：（1）振動頻譜為工作轉速頻率占主導；（2）表現為單一轉子的高振動；（3）振動的方向性非常固定；（4）每個軸承座的水平和垂直方向的相位差為0°或180°[2]。
1.1.2 由于搖動運動、裂紋的結構或軸承座引起的松動
包括的故障類型有：（1）結構裂紋或軸承座裂紋；（2）支撐腳高度不同引起的搖動運動；（3）軸承座固定螺栓松動；（4）軸承松動或零部件配合不當。
其故障征兆有：（1）典型的徑向方向2倍工作轉速頻率的振動幅值超過1倍工作轉速頻率的振動幅值的50%；（2）振動相位不穩定；（3）不能用動平衡和調整對中的手段降低振動；（4）振動始終保持工作轉速頻率和 2 倍工作轉速頻率。
1.1.3 軸承在軸承座中松動或兩個部件之間的配合不良引起的松動
故障類型包括：（1）軸承在軸承座中松動；（2）軸承內部間隙過大；（3）軸承襯套在其蓋內松動；（4）軸承在軸上松動或轉動[3]。
其故障征兆有：（1）在振動頻譜中存在多個轉速頻率的諧波頻率，有時高達10×和20×；（2）趨向于在松動方向上的定向振動；（3）產生轉速的1/2倍間隔的頻率（即0.5×，1.5×，2.5×，轉速頻率等）或1/3倍間隔的頻率[4]；（4）相位不穩定；(5)在徑向和軸向的相位差接近0°或180°。
上述3類機械松動故障中，第一類屬于基礎松動類故障，第二類和第三類屬于轉子支撐部件松動類故障，其中第二類故障劣化嚴重時就會發展成為第三類故障，同時伴隨著故障征兆的變化。以上各種情況可歸納成表1和表2。
表1 機械松動的故障征兆
表2 機械松動的振動敏感參數
表3 機械松動的故障原因及治理措施
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