摘要：压缩机应用范围很广，被称为通用机械。自20世纪70年代石油化工大发展之后，形成了与之配套的专用压缩机，如大化肥专用压缩机、乙烯工业用“三机”等。化工专用压缩机还包括传统的化工用压缩机，如氯气压缩机、特殊稀有气体压缩机等，这些压缩机通常对材料、密封、工艺，特别是真实气体的适应性有特殊的要求。化肥工业大型离心压缩机主要包括工艺空气压缩机、原料气压缩机、氨冷冻压缩机、合成气压缩机、二氧化碳压缩机等。本文对化工压缩机的发展现状和工业大型离心压缩机的应用进行了浅析。
关键词：化工压缩机 离心压缩机 化工压缩机应用
化工压缩机发展现状
从20世纪70年代开始，我国离心压缩机有了很大发展。在上海吴泾化工总厂国产30万吨/年合成氨装置建设中，上海鼓风机厂、上海压缩机厂、上海冷冻机厂、杭州汽轮机厂分别研制成功工艺空气压缩机、合成气压缩机、氨冷冻压缩机及其配套驱动汽轮机。在此期间，我国最大的离心压缩机专业制造厂——沈阳鼓风机厂，工业汽轮机专业制造厂——杭州汽轮机厂，分别从新比隆和西门子公司引进了先进的技术软件和成套设备，使我国离心压缩机组设计制造整体水平上了一个台阶。同时，国内的研究机构也加快了研究进度，西安交大等院校和中科院系统很快在三元流理论和气体试验方面取得突破，三元流动叶轮设计计算方法和分析程序及真实气体的模拟计算方法等达到国际先进或领先水平。
从70年代末到80年代末，我国离心压缩机无论是技术水平、工艺装备和质量管理都有很大提高。到1987年四川化工总厂建设20万吨/年合成氨国产化项目时，国内制造厂承担了全部主要压缩机的制造任务。目前，我国30余家大中型化肥厂所用的各种类型离心压缩机，国内都制造过。据不完全统计，国内制造（包括合作制造）的大化肥用离心压缩机共有30多台。
乙烯工业用压缩机主要包括裂解气压缩机、乙烯压缩机和丙烯压缩机。70年代中，化工系统首先研制成功4万吨/年乙烯用“三机”（锦西化机厂研制了乙烯压缩机、兰州化机厂研制了丙烯和裂解气压缩机），在兰化试车成功。继4万吨/年乙烯“三机”之后，沈阳鼓风机厂在1979年曾研制出12万吨/年乙烯“三机”，前年又为大庆石化提供48万吨/年乙烯裂解气压缩机和丙烯压缩机。现在，沈阳鼓风机厂已有6台45万～60万吨／年乙烯“三机”交付使用。实际上，我国已完全有能力设计、制造各种大、中、小型乙烯装置用压缩机组。
大型压缩机发展方向
大型离心压缩机组属技术密集型、高难度产品，必须拥有先进的专业设计制造技术。由于化工和石油化工装置不断向大型化发展，用户对压缩机组的能耗、可靠性、配套水平等技术指标的要求也越来越高。
在二氧化碳压缩机方面，过去出现了一些压缩机性能与工艺条件不匹配的事故。现在西安交大、沈阳鼓风机厂都有自己的二氧化碳闭式试验台，问题已得到解决。因此，对大型化肥和石油化工压缩机的改进已基本上集中在压缩机性能本身的改进上。
目前，世界上先进的压缩机制造厂家都在致力于这方面的研究。如在压缩机的气动性能设计上使用的程序，能够适用于几百个大气压，在近临界区域条件下适用于几十种复杂气体，大大提高了计算精度；在转子稳定性研究上，已经研制出超二阶、三阶的高柔性转子，并已成功使用；还在部件成套技术上有了很大发展，如在密封、轴承、调节系统、辅机配套水平等方面。因此，如何跟踪世界上先进的压缩机设计制造技术是当务之急。
大型离心压缩机组设计方法
三维工程设计CAD开发。采用三维工程设计可以优化设计机组布置，使机组布置美观，且具有自动进行干涉检查的功能，避免设计缺陷。能够自动进行结构分析，提高设计精度和设计效率。CAD的主要开发内容有：建立三维实体造型设计模型，建立三维实体设备图库、数据库等。
转子——轴承系统动力特性设计专家系统的开发。在设计过程中，当转子——轴承系统动力特性不能满足设计规范的要求，或已经制造出来的机组出现振动过大、运行不稳定等情况时，就必须修改原机组的结构参数、物性参数值。但是影响转子——轴承系统动力特性的结构参数有很多，修改哪一个或几个结构参数最有效，能立竿见影地解决设计和机组稳定运行问题，是建立该专家系统软件的目标。主要研究内容有：各种转子结构、轴承结构参数对转子——轴承系统动力特性的影响、建立智能型专家系统设计计算软件包等。
智能型计算机控制系统开发。目前世界上已广泛采用了微机控制的三重冗余、容错控制器、多功能防喘振、性能调节、安全保护综合控制系统，使离心压缩机控制由传统的模拟仪表控制变为多功能的专家控制系统。主要研究内容有：研制大化肥装置用离心压缩机组专用的、具有防喘振、性能调节、安全保护的数字式微机综合控制系统。
离心压缩机的工作原理
汽轮机（或电动机）带动压缩机主轴叶轮转动，在离心力作用下，气体被甩到工作轮后面的扩压器中去。而在工作轮中间形成稀薄地带，前面的气体从工作轮中间的进汽部份进入叶轮，由于工作轮不断旋转，气体能连续不断地被甩出去，从而保持了气压机中气体的连续流动。气体因离心作用增加了压力，会以很大的速度离开工作轮，气体经扩压器逐渐降低了速度，动能转变为静压能，进一步增加了压力。如果一个工作叶轮得到的压力还不够，可通过使多级叶轮串联起来工作的办法来达到对出口压力的要求。级间的串联通过弯通，回流器来实现。这就是离心式压缩机的工作原理。
离心式压缩机的应用
离心式压缩机是一种叶片旋转式压缩机（即透平式压缩机）。在离心式压缩机中，高速旋转的叶轮给予气体的离心力作用，以及在扩压通道中给予气体的扩压作用，使气体压力得到提高。早期，由于这种压缩机只适于低、中压力、大流量的场合，而不为人们所注意。但近来，由于化学工业的发展和各种大型化工厂、炼油厂的建立，离心式压缩机就成为压缩和输送化工生产中各种气体的关键机器，占有极其重要的地位。
随着气体动力学研究的成就使离心压缩机的效率不断提高，又由于高压密封，小流量窄叶轮的加工，多油楔轴承等技术关键的研制成功，解决了离心压缩机向高压力，宽流量范围发展的一系列问题，使离心式压缩机的应用范围大为扩展，以致在很多场合可取代往复压缩机，而大大地扩大了应用范围。工业用高压离心压缩机的压力有（150～350）×105Pa的，海上油田注气用的离心压缩机压力有高达700×105Pa的。作为高炉鼓风用的离心式鼓风机的流量有大至7000m³/min，功率大的有52900kW的，转速一般在10000r/min以上。
有些化工基础原料，如丙烯、乙烯、丁二烯、苯等，可加工成塑料、纤维、橡胶等重要化工产品。在生产这种基础原料的石油化工厂中，离心式压缩机也占有重要地位，是关键设备之一。除此之外，其它如石油精炼、制冷等行业中，离心式压缩机也是极为关键的设备。
离心式压缩机之所以能获得这样广泛的应用，主要是比活塞式压缩机有以下一些优点：
a.离心式压缩机的气量大、结构简单紧凑、重量轻、机组尺寸小、占地面积小；
b.运转平衡、操作可靠、运转率高、摩擦件少，因之备件需用量少、维护费用及人员少；
c.在化工流程中，离心式压缩机对化工介质可以做到绝对无油的压缩过程。
离心式压缩机为一种回转运动的机器，它适宜于工业汽轮机或燃汽轮机直接拖动。对一般大型化工厂，常用副产蒸汽驱动工业汽轮机作动力，为热能综合利用提供了可能。但是，离心式压缩机也存在一些缺点：
a.离心式压缩机目前还不适用于气量太小及压比过高的场合；
b.离心式压缩机的稳定工况区较窄，其气量调节虽较方便，但经济性较差；
c.目前离心式压缩机效率一般比活塞式压缩机低。
结束语
我国在上世纪五十年代已能制造离心式压缩机，从七十年代初开始又以石油化工厂、大型化肥厂为主，引进了一系列高性能的中、高压力的离心式压缩机，取得了丰富的使用经验，并在对引进技术进行消化、吸收的基础上大大增强了自己的研究、设计和制造能力。
（来源：《压缩机》杂志）