一，硝酸四合一機(jī)組的技術(shù)特點(diǎn)

　　硝酸四合一機(jī)組是一個(gè)典型的能量自給自足型機(jī)組，在各單機(jī)的選型中必須遵循高效節(jié)能的原則，保證工藝系統(tǒng)的能量平衡。壓縮機(jī)要有較寬的流量調(diào)節(jié)范圍，適應(yīng)工藝系統(tǒng)的變工況操作。在流量調(diào)節(jié)時(shí)，壓縮機(jī)壓力波動(dòng)要小，滿足硝酸生產(chǎn)對(duì)壓力的要求，保證尾氣中氧化氮的排放量達(dá)到環(huán)保要求。

　　1.硝酸四合一機(jī)組中各單機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)

　?。?）空氣壓縮機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)硝酸生產(chǎn)的原料為空氣和氨，隨著硝酸生產(chǎn)的規(guī)模擴(kuò)大，在四合一機(jī)組中采用軸流壓縮機(jī)作空氣壓縮機(jī)已成為一條準(zhǔn)則，它的優(yōu)點(diǎn)在于同等條件下，軸流壓縮機(jī)的多變效率比離心壓縮機(jī)高3%～8%，減少了壓縮功耗。

　　軸流壓縮機(jī)采用全靜葉可調(diào)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行變工況操作，可適應(yīng)70%～110%流量變化要求。靜葉調(diào)節(jié)與汽輪機(jī)變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)相匹配，可適應(yīng)工藝特殊操作條件要求，如啟動(dòng)或極端的部分負(fù)荷操作。

　?。?）氧化氮壓縮機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)氧化氮壓縮機(jī)一般采用離心壓縮機(jī)，當(dāng)進(jìn)氣量大于50000mh時(shí)也可采用軸流壓縮機(jī)。氧化氮壓縮機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)無死區(qū)，有效地防止銨鹽結(jié)晶。

　　壓縮機(jī)軸封采用迷宮充空氣密封結(jié)構(gòu)，確保工藝介質(zhì)不外泄，不污染環(huán)境。

　　氧化氮壓縮機(jī)采用三元流的設(shè)計(jì)，效率高，流量范圍寬，它與空氣壓縮機(jī)的靜葉調(diào)節(jié)相匹配，滿足工藝部分負(fù)荷下操作的需要。

　?。?）尾氣膨脹機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)尾氣膨脹機(jī)是四合一機(jī)組中的關(guān)鍵設(shè)備，工藝系統(tǒng)的壓力就是靠它的節(jié)流來實(shí)現(xiàn)的，它回收尾氣的壓力能和熱能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。尾氣膨脹機(jī)為軸流式，**級(jí)靜葉可調(diào)，靜葉調(diào)節(jié)與軸流壓縮機(jī)靜葉調(diào)節(jié)相匹配，提高尾氣膨脹機(jī)部分負(fù)荷下的工作效率，滿足工藝系統(tǒng)操作需要。

　?。?）汽輪機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)汽輪機(jī)用于補(bǔ)充尾氣膨脹機(jī)回收功與壓縮功之間的虧損，蒸汽來源于氨氧化反應(yīng)生產(chǎn)的過熱蒸汽。機(jī)組啟動(dòng)階段需要外供蒸汽源。汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)必須有較大的過載能力，用于工藝操作中不同階段的需要，特別是啟動(dòng)階段，尾氣膨脹機(jī)出力較少。

　　2.硝酸四合一機(jī)組總體設(shè)計(jì)特點(diǎn)

　?。?）進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使各單機(jī)轉(zhuǎn)速匹配，保證空氣壓縮機(jī)，氧化氮壓縮機(jī)和尾氣膨脹機(jī)在較高的效率下運(yùn)行。

　?。?）各單機(jī)按動(dòng)力學(xué)計(jì)算，使臨界轉(zhuǎn)速避開工作轉(zhuǎn)速；進(jìn)行機(jī)組扭振分析，使機(jī)組長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。

　?。?）選用合適的聯(lián)軸器，解決各單機(jī)之間的熱膨脹和軸向推力問題。

　?。?）機(jī)組各單機(jī)之間的功率平衡計(jì)算，滿足機(jī)組不同條件下的運(yùn)行要求。

　?。?）空氣壓縮機(jī)靜葉調(diào)節(jié)與氧化氮壓縮機(jī)和尾氣膨脹機(jī)**級(jí)靜葉調(diào)節(jié)之間的匹配設(shè)計(jì)，滿足硝酸裝置變工況運(yùn)行操作。

　　（6）可靠易維護(hù)的迷宮充空氣密封，保證氧化氮介質(zhì)和尾氣不外泄。

　　（7）采用蒸汽清洗，對(duì)氧化氮壓縮機(jī)內(nèi)形成的銨鹽進(jìn)行在線清除，確保機(jī)組安全運(yùn)行。

　　3.硝酸四合一機(jī)組的自動(dòng)控制安全保護(hù)系統(tǒng)四合一機(jī)組是硝酸生產(chǎn)的核心設(shè)備，任何機(jī)器的故障都將影響到工藝生產(chǎn)，監(jiān)測(cè)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)是否良好的自動(dòng)控制系統(tǒng)特別重要，它是機(jī)組的神經(jīng)，機(jī)組運(yùn)行必不可少的一部分。除正常檢測(cè)項(xiàng)目外，機(jī)組的自控系統(tǒng)還有如下特點(diǎn)。

　　（1）軸運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)該系統(tǒng)選擇美國BENTLY公司3300系列振動(dòng)儀表和故障診斷系統(tǒng)，對(duì)機(jī)組軸系進(jìn)行監(jiān)測(cè)，正確反映機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)情況，為操作人員提供各種數(shù)據(jù)圖表，判斷機(jī)組運(yùn)行是否正常。

　　（2）流量串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)硝酸四合一機(jī)組的流量調(diào)節(jié)是靠軸流壓縮機(jī)的靜葉來實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)工藝系統(tǒng)的流量要求，改變靜葉的開度，實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)功能。當(dāng)流量調(diào)節(jié)完成后，根據(jù)流量值可以改變尾氣膨脹機(jī)的靜葉開度，使膨脹機(jī)工作在高效區(qū)。軸流壓縮機(jī)靜葉調(diào)節(jié)流量是根據(jù)要求自動(dòng)操作的，尾氣膨脹機(jī)的靜葉操作通過手操器操作。

　　（3）壓縮機(jī)防喘振調(diào)節(jié)喘振是壓縮機(jī)的固有特性，為了避免喘振給機(jī)組和裝置帶來的危害，設(shè)置壓縮機(jī)的防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)是必須的。由于硝酸生產(chǎn)的特殊性，防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)與其它壓縮機(jī)的防喘振調(diào)節(jié)不同。為保證裝置安全，當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)接近防喘振線時(shí)，進(jìn)行喘振預(yù)報(bào)警，當(dāng)工作點(diǎn)進(jìn)入防喘振區(qū)域時(shí)，防喘振閥打開，同時(shí)發(fā)出聯(lián)鎖停機(jī)信號(hào)，切斷工藝氨氣進(jìn)氣閥，機(jī)組和裝置同時(shí)停機(jī)。查明原因，重新啟動(dòng)機(jī)組恢復(fù)生產(chǎn)。

　　二，首套國產(chǎn)硝酸四合一機(jī)組運(yùn)行情況及應(yīng)用中問題的討論

　　首套國產(chǎn)硝酸四合一機(jī)組在350td硝酸裝置中成功投運(yùn)，結(jié)束了國內(nèi)雙加壓法硝酸生產(chǎn)靠引進(jìn)國外機(jī)組的歷史。該套機(jī)組基本達(dá)到了工藝操作要求，滿足了生產(chǎn)需要。

　　1.壓縮機(jī)之間的匹配和調(diào)節(jié)在硝酸四合一機(jī)組中，軸流壓縮機(jī)和氧化氮壓縮機(jī)的耗動(dòng)*大，采用高效節(jié)能的壓縮機(jī)對(duì)功率平衡至關(guān)重要，否則裝置就無法維持能量自給自足。從圖1中可以看出，軸流壓縮機(jī)的排氣壓力要滿足氧化爐的氨氧化壓力，氧化氮壓縮機(jī)的排氣壓力要滿足吸收塔的吸收要求，這些壓力都是靠尾氣膨脹機(jī)的節(jié)流來實(shí)現(xiàn)的。在硝酸裝置中，由于化學(xué)反應(yīng)壓縮機(jī)的流量是變化的，壓縮機(jī)之間和壓縮機(jī)與尾氣膨脹之間的匹配設(shè)計(jì)成為保證機(jī)組性能的關(guān)鍵。

　　在首套硝酸四合一機(jī)組運(yùn)行中，系統(tǒng)硝酸吸收壓力偏低，氨氧化壓力達(dá)不到工藝要求，造成這種現(xiàn)象的原因何在壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)是成熟的，性能也進(jìn)行過工廠測(cè)試，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，而運(yùn)行在工藝系統(tǒng)中，就無法達(dá)到滿意的操作參數(shù)，原因何在通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際記錄的**手資料分析，問題在空氣壓縮機(jī)和氧化氮壓縮機(jī)之間的匹配設(shè)計(jì)上。在工藝管線上只有尾氣膨脹機(jī)進(jìn)氣切斷閥可用于系統(tǒng)調(diào)壓，在正常操作時(shí)系統(tǒng)的壓力靠尾氣膨脹機(jī)的節(jié)流來實(shí)現(xiàn)?？諝鈮嚎s機(jī)的排氣管線上沒有壓力調(diào)節(jié)閥，它的壓力的建立靠氧化氮壓縮機(jī)，尾氣膨脹機(jī)和管網(wǎng)的阻力來實(shí)現(xiàn)。造成硝酸四合一機(jī)組運(yùn)行壓力低于工藝要求的原因在于工藝裝置調(diào)壓時(shí)空氣壓縮機(jī)的反應(yīng)太小，提高空氣壓縮機(jī)的做功能力，成為四合一機(jī)組設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

　　硝酸四合一機(jī)組的流量調(diào)節(jié)靠空氣壓縮機(jī)的靜葉來實(shí)現(xiàn)，在氧化氮壓縮機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮它有足夠的流量調(diào)節(jié)范圍，與空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)相適應(yīng)。

　　2.尾氣膨脹機(jī)的調(diào)節(jié)硝酸尾氣膨脹機(jī)的設(shè)計(jì)與高爐煤氣膨脹機(jī)和FCCU煙氣膨脹機(jī)的設(shè)計(jì)不同，尾氣膨脹機(jī)的介質(zhì)壓力高，流量小，沒有固體顆粒，氣體有腐蝕性；而后兩者特點(diǎn)相反，壓力低流量大有固體顆粒磨損，因此尾氣膨脹機(jī)一般為多級(jí)膨脹，所選材料均要耐硝酸腐蝕。

　　在硝酸裝置中，系統(tǒng)壓力的建立全是靠尾氣膨脹機(jī)的節(jié)流來實(shí)現(xiàn)的，因此尾氣膨脹機(jī)的通流面積不僅要滿足正常運(yùn)行時(shí)的需要，而且要考慮到機(jī)組部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的節(jié)流要求。尾氣膨脹機(jī)**級(jí)靜葉可調(diào)，它的調(diào)節(jié)范圍要與空氣壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)相適應(yīng)，并使膨脹機(jī)處于較高的效率區(qū)運(yùn)行。

　　3.硝酸四合一機(jī)組特殊閥門的選取硝酸四合一機(jī)組中特殊閥門主要有壓縮機(jī)的防喘振閥，止回閥，以及尾氣膨脹機(jī)的進(jìn)氣切斷閥和旁通快開閥。

　　壓縮機(jī)止回閥和防喘振閥有成熟的使用經(jīng)驗(yàn)，在選材上采用耐硝酸腐蝕的不銹鋼，就能滿足工藝操作要求。尾氣膨脹機(jī)的進(jìn)氣切斷閥和旁通快開閥，不僅要滿足耐腐蝕要求，還要滿足快關(guān)和快開功能。由于尾氣的壓力，溫度高，閥門除了達(dá)到快關(guān)，快開要求外，還要實(shí)現(xiàn)以下要求：進(jìn)氣切斷閥要注意快關(guān)后的卡死問題，旁通快開閥在高壓，高溫下密封要好，以減少尾氣的泄漏量。

　　三，結(jié)束語

　　國內(nèi)硝酸生產(chǎn)裝置大多建于五六十年代，生產(chǎn)技術(shù)水平較低，尾氣中氮氧化物濃度超標(biāo)，既污染環(huán)境，又造成浪費(fèi)。雙加壓法硝酸生產(chǎn)工藝，可使尾氣中氮氧化物濃度小于200ppm，不需進(jìn)行尾氣處理，就可達(dá)到環(huán)保要求，該生產(chǎn)工藝在國際上處于**水平。由于國外硝酸四合一機(jī)組價(jià)格昂貴，致使國內(nèi)企業(yè)在技改時(shí)采購國外二手設(shè)備，造成維修費(fèi)用高，生產(chǎn)成本大，使雙加壓法硝酸生產(chǎn)技術(shù)難于推廣。

　　首套國產(chǎn)硝酸四合一機(jī)組的成功投運(yùn)，將加快國內(nèi)硝酸裝置的技改步伐，它為硝酸企業(yè)的技改提供了新的選擇空間，為振興民族工業(yè)做貢獻(xiàn)。