1、CO2壓縮機單元仿真培訓系統軟件說明書 北京東方仿真軟件技術有限公司2009年1月目 錄第一章 裝 置 概 況-3第一節 單元簡介-31. 離心式壓縮機工作原理-32. 離心式壓縮機的喘振現象及防止措施-33. 離心式壓縮機的臨界轉速-44. 離心式壓縮機的結構-45.汽輪機的工作原理-5第二節 工藝流程簡述-51. CO2流程說明-52.蒸汽流程說明-6第三節 工藝仿真范圍-6第二章 主要設備列表-7第三章 正常操作工藝指標-8第四章 工藝報警及聯鎖系統-91.工藝報警及聯鎖說明-92.工藝報警及聯鎖觸發值-10第五章 工藝操作規程-11第一節 冷態開車-11第二節 正常停車-15第六章 事

2、故列表-16第七章 仿真DCS畫面-19第一章 裝 置 概 況第一節 單元簡介CO2壓縮機單元是將合成氨裝置的原料氣CO2經本單元壓縮做工后送往下一工段尿素合成工段，采用的是以汽輪機驅動的四級離心壓縮機。其機組主要由壓縮機主機、驅動機、潤滑油系統、控制油系統和防喘振裝置組成。1.離心式壓縮機工作原理離心式壓縮機的工作原理和離心泵類似，氣體從中心流入葉輪，在高速轉動的葉輪的作用下，隨葉輪作高速旋轉并沿半徑方向甩出來。葉輪在驅動機械的帶動下旋轉，把所得到的機械能轉通過葉輪傳遞給流過葉輪的氣體，即離心壓縮機通過葉輪對氣體作了功。氣體一方面受到旋轉離心力的作用增加了氣體本身的壓力，另一方面又得到了很大

3、的動能。氣體離開葉輪后，這部分速度能在通過葉輪后的擴壓器、回流彎道的過程中轉變為壓力能，進一步使氣體的壓力提高。離心式壓縮機中，氣體經過一個葉輪壓縮后壓力的升高是有限的。因此在要求升壓較高的情況下，通常都有許多級葉輪一個接一個、連續地進行壓縮，直到最末一級出口達到所要求的壓力為止。壓縮機的葉輪數越多，所產生的總壓頭也愈大。氣體經過壓縮后溫度升高，當要求壓縮比較高時，常常將氣體壓縮到一定的壓力后，從缸內引出，在外設冷卻器冷卻降溫，然后再導入下一級繼續壓縮。這樣依冷卻次數的多少，將壓縮機分成幾段，一個段可以是一級或多級。2.離心式壓縮機的喘振現象及防止措施離心壓縮機的喘振是操作不當，進口氣體流量過

4、小產生的一種不正常現象。當進口氣體流量不適當地減小到一定值時，氣體進入葉輪的流速過低，氣體不再沿葉輪流動，在葉片背面形成很大的渦流區，甚至充滿整個葉道而把通道塞住，氣體只能在渦流區打轉而流不出來。這時系統中的氣體自壓縮機出口倒流進入壓縮機，暫時彌補進口氣量的不足。雖然壓縮機似乎恢復了正常工作，重新壓出氣體，但當氣體被壓出后，由于進口氣體仍然不足，上述倒流現象重復出現。這樣一種在出口處時而倒吸時而吐出的氣流，引起出口管道低頻、高振幅的氣流脈動，并迅速波及各級葉輪，于是整個壓縮機產生噪音和振動，這種現象稱為喘振。喘振對機器是很不利的，振動過分會產生局部過熱，時間過久甚至會造成葉輪破碎等嚴重事故。當

5、喘振現象發生后，應設法立即增大進口氣體流量。方法是利用防喘振裝置，將壓縮機出口的一部份氣體經旁路閥回流到壓縮機的進口，或打開出口放空閥，降低出口壓力。3.離心式壓縮機的臨界轉速由于制造原因，壓縮機轉子的重心和幾何中心往往是不重合的，因此在旋轉的過程中產生了周期性變化的離心力。這個力的大小與制造的精度有關，而其頻率就是轉子的轉速。如果產生離心力的頻率與軸的固有頻率一致時，就會由于共振而產生強烈振動，嚴重時會使機器損壞。這個轉速就稱為軸的臨界轉速。臨界轉速不只是一個，因而分別稱為第一臨界轉速、第二臨界轉速等等。壓縮機的轉子不能在接近于各臨界轉速下工作。一般離心泵的正常轉速比第一臨界轉速低，這種軸叫

6、做剛性軸。離心壓縮機的工作轉速往往高于第一臨界轉速而低于第二臨界轉速，這種軸稱為撓性軸。為了防止振動，離心壓縮機在啟動和停車過程中，必須較快地越過臨界轉速。4.離心式壓縮機的結構離心式壓縮機由轉子和定子兩大部分組成。轉子由主軸、葉輪、軸套和平衡盤等部件組成。所有的旋轉部件都安裝在主軸上，除軸套外，其它部件用鍵固定在主軸上。主軸安裝在徑向軸承上，以利于旋轉。葉輪是離心式壓縮機的主要部件，其上有若干個葉片，用以壓縮氣體。氣體經葉片壓縮后壓力升高，因而每個葉片兩側所受到氣體壓力不一樣，產生了方向指向低壓端的軸向推力，可使轉子向低壓端竄動，嚴重時可使轉子與定子發生摩擦和碰撞。為了消除軸向推力，在高壓端

7、外側裝有平衡盤和止推軸承。平衡盤一邊與高壓氣體相通，另一邊與低壓氣體相通，用兩邊的壓力差所產生的推力平衡軸向推力。離心式壓縮機的定子由氣缸、擴壓室、彎道、回流器、隔板、密封、軸承等部件組成。氣缸也稱機殼，分為水平剖分和垂直剖分兩種形式。水平剖分就是將機殼分成上下兩部分，上蓋可以打開，這種結構多用于低壓。垂直剖分就是筒型結構，由圓筒形本體和端蓋組成，多用于高壓。氣缸內有若干隔板，將葉片隔開，并組成擴壓器和彎道、回流器。為了防止級間竄氣或向外漏氣，都設有級間密封和軸密封。離心式壓縮機的輔助設備有中間冷卻器、氣液分離器和油系統等。5.汽輪機的工作原理汽輪機又稱為蒸汽透平，是用蒸汽做功的旋轉式原動機。

8、進入汽輪的高壓、高溫蒸汽，由噴嘴噴出，經膨脹降壓后，形成的高速氣流按一定方向沖動汽輪機轉子上的動葉片，帶動轉子按一定速度均勻地旋轉，從而將蒸汽的能量轉變成機械能。由于能量轉換方式不同，汽輪機分為沖動式和反動式兩種，在沖動式中，蒸汽只在噴嘴中膨脹，動葉片只受到高速氣流的沖動力。在反動式汽輪機中，蒸汽不僅在噴嘴中膨脹，而且還在葉片中膨脹，動葉片既受到高速氣流的沖動力，同時受到蒸汽在葉片中膨脹時產生的反作用力。根據汽輪機中葉輪級數不同，可分為單極或多極兩種。按熱力過程不同，汽輪機可分為背壓式、凝氣式和抽氣凝氣式。背壓式汽輪機的蒸汽經膨脹做功后以一定的溫度和壓力排出汽輪機，可繼續供工藝使用；凝氣式蒸汽

9、輪機的進氣在膨脹做功后，全部排入冷凝器凝結為水；抽氣凝氣式汽輪機的進氣在膨脹做功時，一部分蒸汽在中間抽出去作為其它用，其余部分繼續在氣缸中做功，最后排入冷凝器冷凝。第二節 工藝流程簡述1.CO2流程說明： 來自合成氨裝置的原料氣CO2壓力為150Kpa（A），溫度38，流量由FR8103計量，進入CO2壓縮機一段分離器V-111，在此分離掉CO2氣相中夾帶的液滴后進入CO2壓縮機的一段入口，經過一段壓縮后，CO2壓力上升為 0.38Mpa(A),溫度194，進入一段冷卻器E-119用循環水冷卻到43，為了保證尿素裝置防腐所需氧氣，在CO2進入E-119前加入適量來自合成氨裝置的空氣，流量由FR

10、C-8101調節控制，CO2氣中氧含量0.25-0.35%，在一段分離器V-119中分離掉液滴后進入二段進行壓縮，二段出口CO2壓力1.866Mpa(A),溫度為227。然后進入二段冷卻器E-120冷卻到43，并經二段分離器V-120分離掉液滴后進入三段。在三段入口設計有段間放空閥。便于低壓缸CO2壓力控制和快速泄壓，CO2經三段壓縮后壓力升到8.046Mpa(A)，溫度214，進入三段冷卻器E-121中冷卻。為防止CO2過度冷卻而生成干冰，在三段冷卻器冷卻水回水管線上設計有溫度調節閥TV-8111，用此閥來控制四段入口CO2溫度在50-55之間。冷卻后的CO2進入四段壓縮后壓力升到15.5M

11、pa(A),溫度為121，進入尿素高壓合成系統。為防止CO2壓縮機高壓缸超壓、喘振，在四段出口管線上設計有四回一閥HV-8162（即HIC8162）。2.蒸汽流程說明：主蒸汽壓力5.882Mpa.濕度450，流量82t/hr，進入透平做功，其中一大部分在透平中部被抽出，抽汽壓力 2.598Mpa，溫度350，流量54.4t/hr，送至框架，另一部分通過中壓調節閥進入透平后汽缸繼續做功，做完功后的乏汽進入蒸氣冷凝系統。第三節 工藝仿真范圍1工藝范圍 二氧化碳壓縮、透平機、油系統2邊界條件 所有各公用工程部分：水、電、汽、風等均處于正常平穩狀況。3現場操作 現場手動操作的閥、機、泵等，根據開車、停

12、車及事故設定的需要等進行設計。調節閥的前后截止閥不進行仿真。第二章 主要設備列表1.CO2氣路系統：E-119、E-120、E-121、V-111、V-119、V-120、V-121、K-101。2.蒸氣透平及油系統：DSTK-101、油箱、油溫控制器、油泵、油冷器、油過濾器、盤車油泵、穩壓器、速關閥、調速器、調壓器。3.設備說明( E:換熱器; V:分離器)流程圖位號主要設備U8001E-119（CO2一段冷卻器）,E-120（CO2二段冷卻器）,E-121（CO2二段冷卻器）,V-111（CO2一段分離器）,V-120（CO2二段分離器）,V-121（CO2三段分離器）DSTK-101（C

13、O2壓縮機組透平）U8002DSTK-101油箱、油泵、油冷器、油過濾器、盤車油泵4.主要控制閥列表位號說明所在流程圖位號FRC8103配空氣流量控制U8001LIC8101V111液位控制U8001LIC8167V119液位控制U8001LIC8170V120液位控制U8001LIC8173V121液位控制U8001HIC8101段間放空閥U8001HIC8162四回一防喘振閥U8001PIC8241四段出口壓力控制U8001HS8001透平蒸汽速關閥U8002HIC8205調速閥U8002PIC8224抽出中壓蒸汽壓力控制U8002第三章 正常操作工藝指標表位號測量點位置常值單位備注TR8

14、102CO2原料氣溫度40TI8103CO2壓縮機一段出口溫度190PR8108CO2壓縮機一段出口壓力0.28MPa（G）TI8104CO2壓縮機一段冷卻器出口溫度43FRC8101二段空氣補加流量330Kg/hFR8103CO2吸入流量27000Nm3/hFR8102三段出口流量27330Nm3/hAR8101含氧量0.250.3%TE8105CO2壓縮機二段出口溫度225PR8110CO2壓縮機二段出口壓力1.8Mpa（G）TI8106CO2壓縮機二段冷卻器出口溫度43TI8107CO2壓縮機三段出口溫度214PR8114CO2壓縮機三段出口壓力8.02Mpa（G）TIC8111CO2壓

15、縮機三段冷卻器出口溫度52TI8119CO2壓縮機四段出口溫度120PIC8241CO2壓縮機四段出口壓力15.4Mpa（G）PIC8224出透平中壓蒸汽壓力2.5Mpa（G）Fr8201入透平蒸汽流量82T/hFR8210出透平中壓蒸汽流量54.4t/hTI8213出透平中壓蒸汽溫度350TI8338CO2壓縮機油冷器出口溫度43PI8357CO2壓縮機油濾器出口壓力0.25MPa（G）PI8361CO2控制油壓力0.95MPa（G）SI8335壓縮機轉速6935rpmXI8001壓縮機振動0.022mmGI8001壓縮機軸位移0.24mm第四章 工藝報警及聯鎖系統1.工藝報警及聯鎖說明：為

16、了保證工藝、設備的正常運行，防止事故發生，在設備重點部位安裝檢測裝置并在輔助控制盤上設有報警燈進行提示，以提前進行處理將事故消除。工藝聯鎖是設備處于不正常運行時的自保系統，本單元設計了兩個聯鎖自保措施：A：壓縮機振動超高聯鎖 （發生喘振）：動作：20秒后（主要是為了方便培訓人員處理）自動進行以下操作：關閉透平速關閥HS8001、調速閥HIC8205、中壓蒸汽調壓閥PIC8224；全開防喘振閥HIC8162、段間放空閥HIC8101處理：在輔助控制盤上按RESET按鈕，按冷態開車中暖管暖機沖轉開始重新開車B：油壓低聯鎖：動作：自動進行以下操作：關閉透平速關閥HS8001、調速閥HIC8205、中

17、壓蒸汽調壓閥PIC8224；全開防喘振閥HIC8162、段間放空閥HIC8101處理：找到并處理造成油壓低的原因后在輔助控制盤上按RESET按鈕，按冷態開車中油系統開車起重新開車2.工藝報警及聯鎖觸發值位號檢測點觸發值PSXL8101V111壓力0.09MpaPSXH8223蒸汽透平背壓2.75MpaLSXH8165V119液位85%LSXH8168V120液位85%LSXH8171V121液位85%LAXH8102V111液位85%SSXH8335壓縮機轉速7200rpmPSXL8372控制油油壓0.85MpaPSXL8359潤滑油油壓0.2MpaPAXH8136CO2四段出口壓力16.5M

18、paPAXL8134CO2四段出口壓力14.5MpaSXH8001壓縮機軸位移0.3mmSXH8002壓縮機徑向振動0.03mm振動聯鎖XI80010.05mm或GI80010.5mm（20S后觸發）油壓聯鎖PI83610.6Mpa輔油泵自啟動聯鎖PI83610.8Mpa第五章 工藝操作規程第一節 冷態開車準備工作：引循環水: 壓縮機崗位E119開循環水閥OMP1001，引入循環水； 壓縮機崗位E120開循環水閥OMP1002，引入循環水； 壓縮機崗位E121開循環水閥TIC8111，引入循環水；CO2壓縮機油系統開車: 在輔助控制盤上啟動油箱油溫控制器OMP1045，將油溫升到40度左右；

19、打開油泵的前切斷閥OMP1026； 打開油泵的后切斷閥OMP1048； 從輔助控制盤上開啟主油泵OIL PUMP； 調整油泵回路閥TMPV186，將控制油壓力控制在0.9Mpa以上；盤車: 開啟盤車泵的前切斷閥OMP1031； 開啟盤車泵的后切斷閥OMP1032； 從輔助控制盤啟動盤車泵； 在輔助控制盤上按盤車按鈕盤車至轉速大于150rpm； 檢查壓縮機有無異常響聲，檢查振動、軸位移等；停止盤車: 在輔助控制盤上按盤車按鈕停盤車； 從輔助控制盤停盤車泵； 關閉盤車泵的后切斷閥OMP1032； 關閉盤車泵的前切斷閥OMP1031；聯鎖試驗:油泵自啟動試驗主油泵啟動且將油壓控制正常后，在輔助控制盤

20、上將輔助油泵自動啟動按鈕按下，按一下RESET按鈕，打開透平蒸汽速關閥hs8001，再在輔助控制盤上按停主油泵，輔助油泵應該自行啟動，聯鎖不應動作。低油壓聯鎖試驗主油泵啟動且將油壓控制正常后，確認在輔助控制盤上沒有將輔助油泵設置為自動啟動，按一下RESET按鈕，打開透平蒸汽速關閥hs8001，關閉四回一閥和段間放空閥，通過油泵回路閥緩慢降低油壓，當油壓降低到一定值時，儀表盤PSXL8372應該報警，按確認后繼續開大閥降低油壓，檢查聯鎖是否動作，動作后透平蒸汽速關閥hs8001應該關閉，關閉四回一閥和段間放空閥應該全開。停車試驗主油泵啟動且將油壓控制正常后，按一下RESET按鈕，打開透平蒸汽速關

21、閥hs8001，關閉四回一閥和段間放空閥，在輔助控制盤上按一下STOP按鈕，透平蒸汽速關閥hs8001應該關閉，關閉四回一閥和段間放空閥應該全開。暖管暖機: 在輔助控制盤上點輔油泵自動啟動按鈕，將輔油泵設置為自啟動； 打開入界區蒸汽副線閥OMP1006，準備引蒸汽； 打開蒸汽透平主蒸汽管線上的切斷閥OMP1007，壓縮機暖管； 打開CO2放空截止閥TMPV102； 打開CO2放空調節閥PIC8241； 透平入口管道內蒸汽壓力上升到5.0MPa后，開入界區蒸汽閥OMP1005； 關副線閥OMP1006； 打開CO2進料總閥OMP1004； 全開CO2進口控制閥TMPV104； 打開透平抽出截止閥

22、OMP1009； 從輔助控制盤上按一下RESET按鈕，準備沖轉壓縮機； 打開透平速關閥HS8001； 逐漸打開閥HIC8205，將轉速SI8335提高到1000rpm,進行低速暖機； 控制轉速1000，暖機15分鐘（模擬為1分鐘）； 打開油冷器冷卻水閥TMPV181； 暖機結束，將機組轉速緩慢提到2000rpm，檢查機組運行情況； 檢查壓縮機有無異常響聲，檢查振動、軸位移等； 控制轉速2000，停留15分鐘（模擬為1分鐘）；過臨界轉速: 繼續開大hic8205，將機組轉速緩慢提到3000rpm，準備過臨界轉速（30003500）； 繼續開大hic8205，用2030秒的時間將機組轉速緩慢提到4

23、000rpm，通過臨界轉速； 逐漸打開PIC8224到50%； 緩慢將段間放空閥HIC8101關小到72%； 將V111液位控制LIC8101投自動，設定值在20%左右； 將V119液位控制LIC8167投自動，設定值在20%左右； 將V120液位控制LIC8170投自動，設定值在20%左右； 將V121液位控制LIC8173投自動，設定值在20%左右； 將TIC8111投自動，設定值在52度左右；升速升壓: 繼續開大hic8205，將機組轉速緩慢提到5500rpm； 緩慢將段間放空閥HIC8101關小到50%； 繼續開大hic8205，將機組轉速緩慢提到6050rpm； 緩慢將段間放空閥HI

24、C8101關小到25%； 緩慢將四回一閥HIC8162關小到75%； 繼續開大hic8205，將機組轉速緩慢提到6400rpm； 緩慢將段間放空閥HIC8101關閉； 緩慢將四回一閥HIC8162關閉； 繼續開大hic8205，將機組轉速緩慢提到6935rpm； 調整HIC8205，將機組轉速SI8335穩定在6935rmp；投料: 逐漸關小PIC8241，緩慢將壓縮機四段出口壓力提升到14.4MPa,平衡合成系統壓力； 打開CO2出口閥OMP1003； 繼續手動關小PIC8241，緩慢將壓縮機四段出口壓力提升到15.4MPa,將CO2引入合成系統； 當PIC8241控制穩定在15.4MPa左

25、右后，將其設定在15.4投自動；第二節 正常停車CO2壓縮機停車: 調節HIC8205將轉速降至6500rpm； 調節HIC8162，將負荷減至21000Nm3/h； 繼續調節HIC8162，抽汽與注汽量，直至HIC8162全開； 手動緩慢打開PIC8241，將四段出口壓力降到14.5MPa以下，CO2退出合成系統； 關閉CO2入合成總閥OMP1003； ； 調節HIC8205將轉速降至6403rpm； 繼續調節HIC8205將轉速降至6052rpm； 調節HIC8101，將四段出口壓力降至4.0Mpa； 繼續調節HIC8205將轉速降至3000rpm； 繼續調節HIC8205將轉速降至200

26、0rpm； 在輔助控制盤上按STOP按鈕，停壓縮機； 關閉CO2入壓縮機控制閥TMPV104； 關閉CO2入壓縮機總閥OMP1004； 關閉蒸汽抽出至MS總閥OMP1009； 關閉蒸汽至壓縮機工段總閥OMP1005； 關閉壓縮機蒸汽入口閥OMP1007；油系統停車: 從輔助控制盤上取消輔油泵自啟動； 從輔助控制盤上停運主油泵； 關閉油泵進口閥OMP1048； 關閉油泵出口閥OMP1026； 關閉油冷器冷卻水閥TMPV181； 從輔助控制盤上停油溫控制；第六章 事故列表一、壓縮機振動大：原因：機械方面的原因，如軸承磨損，平衡盤密封壞，找正不良，軸彎曲，連軸節松動等等設備本身的原因；轉速控制方面的

27、原因，機組接近臨界轉速下運行產生共振；工藝控制方面的原因，主要是操作不當造成計算機喘振。處理措施：（模擬中只有20秒的處理時間，處理不及時就會發生聯鎖停車。）機械方面故障需停車檢修；產生共振時，需改變操作轉速，另外在開停車過程中過臨界轉速時應盡快通過；當壓縮機發生喘振時，找出發生喘振的原因，并采取相應的措施： .入口氣量過小：打開防喘振閥HIC8162，開大入口控制閥開度； .出口壓力過高：打開防喘振閥HIC8162，開大四段出口排放調節閥開度； .操作不當，開關閥門動作過大：打開防喘振閥HIC8162，消除喘振后再精心操作。預防措施：1.離心式壓縮機一般都設有振動檢測裝置，在生產過程中應經常檢查，發現軸振動或位移過大，應分析原因，及時處理。2.喘振預防：應經常注意壓縮機氣量的變化，嚴防入口氣量過小而引發喘振。在開車時應遵循“升壓先升速”的原則，先將防喘振閥打開，當轉速升到一定值后，再慢慢關小防喘振閥，將出口壓力升到一定值，然后再升速，使升速、升壓交替緩慢進行，直到滿足工藝要求。停車時應遵循“降壓先降速”的原則，先將防喘振閥打開一些，將出口壓力降低到某一值，然后再降速，降速、降壓交替進行，至到泄完壓力再停機。二、壓縮機輔助油泵