常用设备原理

常用设备原理二、常用设备的基本原理换热器分离器压缩机泵分馏塔分离方式对所得原油和天然气的数量和质量都有很大的影响。分离方式基本上可分为下列三种，即：一次分离、连续分离和多级分离。所谓一次分离是指油气混合物的汽液两相一直在保持接触的条件下逐渐降低压力，最后流入常压储罐，在罐中一下子把气液分开。由于这种分离方式有大量气体从储中排出，同时油气进入油罐时冲击力很大，实际生产中并不采用。二、常用设备的基本原理（一）分离器连续分离指随着油气混合物在管路中压力的降低，不断地将逸出的平衡气排出，直至压力降为常压，平衡气亦最终排除干净，剩下的液相进入储罐。连续分离亦称微分分离或微分汽化，它在实际生产中亦很难实现。多级分离是指油气两相保持接触的条件下，压力降到某一数值时，把降压过程中析出的气体排出，脱除气体的原油继续沿管路流动、降压到另一较低压力时，把该段降压过程中从原油中析出的气体再排出，如此反复，直至系统的压力降为常压，产品进入储罐为止。每排一次气，作为一级；排几次气，叫做几级分离。二、常用设备的基本原理将油气混合物分离为单一相态的原油和天然气的过程通常是在油气分离器中进行。一般来说，要求从气体中带出的液体不超过50mg/m3，将直径大于10μm油滴从气体中除去，就能达到要求。油气分离包括两个部分：沉降分离和机械分离。沉降分离是依靠油滴和气体的密度差，把油滴从气体中沉降下来的分离方法。碰撞分离是利用碰撞作用把在沉降分离中未能除去的较小的油滴除去。油气分离器中完成碰撞分离作用的部件叫除雾器。二、常用设备的基本原理入口分流器气液界面除雾器天然气液体压力控制阀液位控制阀天然气液体液位控制阀压力控制阀除雾器入口分流器气液界面两相分离器二、常用设备的基本原理重力分离器气液界面水液位控制阀水出口界面控制器液面控制器压力调节阀气体出口液面控制器液面控制器入口分流器气液界面油出口油进口水出口油出口气体出口压力调节阀入口分流器油进口三相分离器二、常用设备的基本原理重力分离器二、常用设备的基本原理过滤分离器如果气体中同时含有固体颗粒和液体微粒，就需要使用过滤分离器进行去除。◆过滤精度：1、3、5、10mm及以上◆过滤效率：固体99.98%液体：99.5%◆压降：0.1MPa二、常用设备的基本原理旋流分离器旋流分离器依靠其核心部件旋流筒产生的离心力，使气体在旋流筒中高速旋转，在很短的时间内凝液就可以到达器壁内凝结下来，从而达到气液分离，旋流分离器的分离效果取决于旋流筒的设计和气体压力。旋流分离器依靠旋流筒所产生的强大离心力，分离效果高于重力分离器，可达到5mm。二、常用设备的基本原理（二）压缩机二、常用设备的基本原理往复式活塞压缩机由曲柄连杆机构将驱动机的回转运动变为活塞的往复运动，气缸和活塞共同组成实现气体压缩的工作腔。活塞在气缸内作往复运动，使气体在气缸内完成进气、压缩、排气等过程，由进、排气阀控制气体进入与排出气缸。二、常用设备的基本原理当压缩机的排气量在3～10m3/min时，气缸的冷却一般采用风冷，活塞杆与曲轴直联，无十字头。当排气量在10m3/min以上时，大多为水冷，有十字头。活塞式压缩机的气缸有单作用和双作用两种。单作用是只有气缸一侧才有进、排气阀，活塞经过一次循环，只能压缩一次气体。双作用则是指气缸的两侧都有进、排气阀，活塞往返运动时，都可以压缩气体。活塞式压缩机可以制成单级或多级压缩。气缸通常有油润滑，必要时也可以采用无油润滑气缸。二、常用设备的基本原理立式卧式角度式对置式气缸中心线和地面垂直，由于活塞环的工作表面不承受活塞的重量，因此气缸和活塞的磨损较小，活塞环的工作条件有所改善对称平衡式组合式气缸中心线和地面平行，分单列或双列，且都在曲轴的一侧。由于整个机器都处于操作者的视线范围之内，管理维护方便，曲轴、连杆的安装拆卸都较容易。各气缸中心线披此成一定的角度，但不等于180°。由于气缸中心线相互位置的不同，又共分为L型、V型、W型，扇型气缸在曲轴两侧水平布置，相邻的两相对列曲柄错角不等于180°。对置式压缩机分两种：一种为相对两列的气缸中心线不在一直线上；另一种曲轴两侧相对两列的气缸中心线在一直线上，成偶数列，气缸中心线和地面垂直，由于活塞环的工作表面不承受活塞两主轴承之间，相对两列气缸的曲柄错角为180°，惯性力可完全平衡，转速能提高。天然气发动机-压缩机组根据与发动机联接型式，分为组合式和可分离式两种。二、常用设备的基本原理二、常用设备的基本原理对称平衡压缩机是50年代才出现的，由于优点显著，发展很迅速。现代的大型活塞式压缩机绝大部分均为对称平衡型结构。在对称平衡型中，电动机布置在曲轴一端的，称为M型；电动机布置在列与列之间的，称为H型，H型的列间距较大，便于操作、维修，机身和曲轴的结构和制造较简单。二、常用设备的基本原理离心式压缩机本体由转子、定子、轴承等组成。转子由主轴、叶轮、联轴器等组成，有时还有轴套、平衡盘，定子由机壳、隔板、密封（级间密封和轴密封）、进气室和蜗室等组成。二、常用设备的基本原理离心式压缩机的使用过程中应注意两个问题：喘振和临界转速。喘振又叫飞动，是离心式压缩机的一种特殊现象。任何离心压缩机按其结构尺寸，在某一固定的转速下，都有一个最高的工作压力，在此压力下有一个相应的最低的流量。当离心压缩机出口的压力高于此数值时，就会产生喘振。为了避免喘振的发生，必须使压缩机的工作点离开喘振点，使系统的操作压力低于喘振点的压力。当生产上实际需要的气体量低于喘振点的流量时，为了避免压缩机喘振，可以采用循环的方法，使压缩机出口的一部分气体经冷却后，返回压缩机进口，这条循环管线一般称为反飞动线。二、常用设备的基本原理水平放置的轴都存在一定的临界转速，它是轴本身的一种特性。轴的刚度、转动惯量不同，临界转速也各有不同。当轴还没有旋转时，由于重力的作用，轴向下弯曲。弯曲转动过来后，仍然是弯曲的。由于轴在转动，弯曲也不断出现，表现出来就是振动，称为自振。自振频率和轴的刚度、几何尺寸等特性有关。而轴本身和轴上安装的零件，由于制造安装的原因，转子的重心和转动中心不可能在同一中心线上重合，一般差0.03～0.05mm。由于中心偏差，转动起来就有一个离心力，此离心力使转子发生振动。振动的次数决定于转子的转速，转动一次就振动一次，所以强迫振动。当自振和强迫振动的频率相等时，叫共振。共振时的压缩机转速叫作临界转速二、常用设备的基本原理螺杆式压缩机的结构如下图所示。在“∞”字形气缸中平行旋转两个高速回转并按一定传动比相互啮合的螺旋形转子。通常对节圆外具有凸齿的转子称为阳转子（主动转子）；在节圆内具有凹齿的转子称为阴载子（从动转子）。阴、阳转子上的螺旋形体分别称为阴螺杆和阳螺杆。一般阳转子（或经增速齿轮组）与驱动机连接。二、常用设备的基本原理螺杆式压缩机与活塞式压缩机一样，同属于容积型压缩机械；就其运动形式而言，压缩机的转子与动力型机械一样，作高速旋转运动。所以，螺杆式压缩机兼有二者的特点。螺杆式压缩机具有较高的齿顶线速度，转速可高达每分钟万转以上，故常可与高速驱动机直联，没有如活塞式压缩机那样的气阀、活塞环等易损件，因而它运转可靠，寿命长，易于实现远距离控制。具有强制输气的特点，即排气量几乎不受排气压力的影响没有动力型压缩机在小排气量时出现的喘振现象。二、常用设备的基本原理（三）泵二、常用设备的基本原理二、常用设备的基本原理离心泵具有性能范围广泛、流量均匀、结构简单、运转可靠和维修方便等诸多优点，因此离心泵在工业生产中应用最为广泛。除了在高压小流量和计量时常用往复式泵，液体含气时常用旋涡泵和容积式泵，高粘度介质常用转子泵外，其余场合，绝大多数使用离心泵据统计，在化工生产（包括石油化工）装置中，离心泵的使用量占泵总量的70%～80%。二、常用设备的基本原理（1）叶轮：离心泵的核心部件，由4-8片叶片组成。作用：通过高速旋转，将原动机的能量传给液体。分类：开式、闭式和半开式。一离心泵主要部件和工作原理1．主要部件原理（2）泵壳：泵的外壳，包围叶轮，形成一个截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道。将液体的大部分动能转变成静压能。泵壳作用：汇集液体；能量转化作用。（3）泵轴：位于叶轮中心且与叶轮所在平面垂直的轴。轴封：旋转泵轴与固定泵体之间的密封装置。二、常用设备的基本原理2．离心泵的工作原理（1）液体能量转化：泵轴带动叶轮叶片间流体做功，流体获得高速进入泵壳。蜗壳形通道逐渐扩大，流体在壳内减速，动能转化为静压能。（2）液体吸上原理：叶轮高速旋转使叶轮中心形成低压（真空），低位槽液体依靠压力差被不断地吸入泵内。气缚现象：离心泵在启动前壳内充满大量气体，叶轮中心处形成的负压小，形不成吸上液体所需的压力差，致槽内液体吸不上来的现象。二、常用设备的基本原理二离心泵的性能参数与特性曲线1．主要性能参数转速n：1000-3000rpm；2900rpm最常见。流量Q：泵的输液能力，与叶轮结构、尺寸和转速有关。流量计直接测其输出管路。压头（扬程）H：泵向单位重量流体提供的机械能。与流量、叶轮结构、尺寸和转速有关。扬程－能量概念；非举升高度举升高度－泵将流体从低位升至高位时，两液面间的高度差。二、常用设备的基本原理效率η：泵对外加能量的利用程度。η=Ne/N有效功率Ne：单位时间离心泵对流体做的功。Ne=gQH；轴功率N：单位时间内由电机输入离心泵的功。2．离心泵的性能曲线①H-Q曲线：随着流量的增加，泵的压头下降，此规律对流量很小的情况可能不适用。②N-Q曲线：轴功率随流量的增加而增大，离心泵应在关闭出口阀的情况下启动，使泵启动功率最小，减小电机的启动电流。③η-Q曲线：泵的效率先随着流量的增加而上升，达一最大值后下降。生产中选泵，应使泵在最高效率点附近操作，相应的流量范围内效率较高。功率：二、常用设备的基本原理粘度：粘度增加，泵的流量、压头、效率都下降，但轴功率上升。故当被流体的粘度有较大变化时，需对特性曲线校正。粘度＜2×10-5m2·s-1,影响小可忽略。3．离心泵特性曲线的影响因素（1）流体的性质：密度：离心泵的压头和流量均与液体的密度无关，H~Q曲线不变。有效功率和轴功率与密度成正比，使用水的N~Q曲线需对密度校正：效率与密度无关。NN实水二、常用设备的基本原理（2）转速离心泵转速变化时，流量、压头和轴功率都要变化：（3）叶轮直径当切割量小于20%时：——切割定律——比例定律1212nnQQ21212)(nnHH31212)(nnNN1212DDQQ21212)(DDHH31212)(DDNN二、常用设备的基本原理流体通过管路所需外加压头：式中的压头损失：fehgugpzh22222582eeflllluhQdggd三离心泵的工作点和流量调节1．管路的特性方程)ephzfQg（——管路的特性方程二、常用设备的基本原理2．离心泵的工作点液体流过管路所需压头与泵对液体提供的压头相等时的流量说明：①泵的工作点由泵特性和管路特性共同决定，可联立两特性方程得到；②泵的工作点对应的泵压头既是泵提供的，也是管路需要的；③工作点对应的各性能参数反映一台泵的实际工作状态。二、常用设备的基本原理3．离心泵的流量调节（1）改变管路特性——改变出口阀的开度二、常用设备的基本原理（2）改变泵的特性—改变叶轮转速nA＜nB，转速增加,流量和压头均增加。（3）改变泵的特性—切削叶轮直径：调节范围不大，只能变小，适合长期性调整，操作中调整不可行二、常用设备的基本原理③n台完全相同的泵并联，组合泵的特性方程为：1．双泵并联①理论上，H不变，Q加倍；22nQBAH四离心泵的组合操作②实际工作流量并未加倍（QB＜2QA），压头有所增加；2．双泵串联①理论上，Q不变，H加倍；②实际工作压头未加倍（HB＜2HA），流量却有所增加；③n个完全相同的泵串联，组合泵的特性方程：)(2BQAnH二、常用设备的基本原理gpzH高阻管路：2－2’——串联比并联时Q增值大，选串联。低阻管路：1－1’