Устройство центробежного кислородного компрессора

Функционирование доменного производства металлургического комбината требует применения кислорода, которое способствует интенсификации технологических процессов, увеличению объёма и повышению качества вырабатываемой продукции, снижению её себестоимости.

Необходимый газообразный продукт получают следующими методами:

• химический способ из-за низкого выхода продукта применяется только в лабораторной практике;
• электролиз воды требует большого расхода электроэнергии;
• разделение воздуха методом глубокого охлаждения.

В промышленности востребованы кислородные компрессоры, предназначенные для компримирования, подачи газообразного вещества по трубопроводам или закачки в баллоны. Компрессорная установка, кроме основного агрегата, включает дополнительные приспособления, обеспечивающие стабильную продолжительную эксплуатацию. Существуют три вида: стационарная, мобильная, переносная.

Для сжатия кислорода используют установки в центробежном и поршневом исполнении. Первые по сравнению со вторыми имеют ряд преимуществ:

• высокая производительность, эффективность при меньшем давлении нагнетания;
• компактность;
• равномерность подачи, исключающая использование ресиверов,
• обеспечение чистоты подаваемого газа, низкий уровень шума;
• плавный ход и отсутствие вибрации, допускающие применение более лёгких фундаментов;
• надёжность и безопасность функционирования.

Принцип действия центробежного компрессора основан на том, что кинетическая энергия вращающегося газового потока превращается в силу сжатия. Плотность газовой среды повышается в результате её прохождения через проточную часть машины за счёт непрерывного перемещения лопаток колеса.

Конструкция радиального типа включает:

• две/три и более ступени нагнетания, редуктор, электропривод;
• опорные подшипники, вмонтированные во втулки для уменьшения роторных вибраций;
• газоохладители, установленные в каждом отсеке;
• приспособления для очистки движущего потока;
• приборы контроля и управления.

Кислород является сильным окислителем, поэтому устройство турбокомпрессора отличается некоторыми особенностями. Разберём на примере центробежного двухкорпусного варианта с горизонтальным разъёмом и наружным охлаждением.

Объёмная машина состоит из блока высокого и низкого давления и включает следующие части:

• входной аппарат направляет сжимаемый газ на лопасти первой ступени, вместе с каскадом управляющих клапанов обеспечивает заданное поступление;
• ротор объединяет вращающиеся рабочие колёса, вал, сделанные из высокопрочной нержавейки, протестированные при скоростях, превышающих обычную на пятнадцать процентов;
• корпус отливают в песчано-смоляные формы, отвечающие за точные габариты и структуру поверхности, на проточную зону наносят омеднённое покрытие, прочностные характеристики проверяют нагрузкой, в полтора раза превышающей рабочую;
• подшипники снабжены системой автоматического выравнивания давления с оснащением вала датчиками вибрирования и осевого смещения;
• лабиринтные уплотнения, действующие на принципе рассеивания энергии, отделяют ступени агрегата, препятствуют проникновению газовой среды в атмосферу, предотвращают её контакт с покрывным диском;
• бессмазочные муфты соединяют мультипликатор с двигателем и валом агрегата, компактная конструкция компенсирует небольшие смещения, не требует техухода, защищена кожухом;
• асинхронный водоохлаждаемый электродвигатель приспособлен к возможному неравномерному сопротивлению вала при пуске;
• одноступенчатый шевронный мультипликатор с закалёнными шестернями снабжён радиальными подшипниками с датчиками температуры;
• теплообменники изготовлены из коррозионностойкой, плакированной медью стали; окислитель проходит по трубкам, охладитель находится в отсеке кожуха;
• фильтры очищают кислород и уплотняющий азот при поступлении от примесей;
• вставки-компенсаторы, помещённые в трубки теплообменников, нивелируют тепловую деформацию труб;
• линии смазки продублированы с возможностью переключения в автоматическом, ручном режиме;
• система пожаротушения в случае срабатывания подаёт в проточные ходы азот, который вытесняет из аппарата легко воспламеняющийся кислород;
• блок управления отвечает за безопасность операторов, отслеживает все технологические параметры, при превышении задания возвращает их к нормальным; при возникновении аварийной ситуации включается звуковая, световая сигнализация, автоматически происходит отключение.

Оба блока, мультипликатор монтируют на единой основе, двигатель ‒ на индивидуальной раме.

Эксплуатация центробежных кислородных компрессоров

Основное внимание уделяется безопасной эксплуатации агрегатов, для этого внедрены:

•  автоматические системы:

1. реагирования на недостаток масла, охлаждающей жидкости, на превышение температурных пределов газов, разогрева подшипников, на осевой сдвиг ротора;
2. включения/выключения с продувкой проточной зоны азотом;
3. регулирование производительности при постоянном давлении;

• радиальные подшипники с упругими подпорами для повышения виброустойчивости роторного элемента;
• противопожарные датчики, регулирующие подачу азота и останавливающие технологический процесс при превышении температурных допусков.

Несомненную опасность при работе с кислородом представляет контакт масла с окислителем, провоцирующий вспышку. При монтаже, ремонте рекомендуют использовать обезжиренные детали, инструменты, хранить их отдельно, следить за чистотой резервуаров, трубок, дистиллированной воды.

Турбокомпрессоры по своим эксплуатационным характеристикам превосходят поршневой тип машин. Обслуживание заключается в следующем:

• наблюдение за распределением давления, температурой смазки для подшипников и охлаждающего агента, за функционированием смазочной системы;
• проверка отсутствия постороннего шума, стука, вибрации;
• контроль уровня масла в маслобаке;
• предотвращение касания ротора и корпуса во избежание возгорания.
• Контрольно-измерительное оборудование отслеживает:
• температуру всасываемого газа на входе и выходе, воды до и после холодильника;
• давление газообразного состава после сжатия, смазки после маслонасоса, маслоохладителя,
• напряжение в сети;
• прочее.

Перед первичным запуском необходимо проверить:

• уровень смазки в баке, соответствие сорта масла рекомендуемому;
• работу масляного насоса, герметичность соединения с маслопроводом,
• исправность маслосистемы;
• работоспособность охлаждения, контрольных приборов;
• работу электродвигателя на половине оборотов;
• безотказность креплений;
• готовность места оператора.

Запуск и остановку осуществляют строго в соответствии с инструкцией. Обслуживание заключается в постоянном наблюдении за работой машины с целью своевременного выявления и устранения неполадок и предотвращения аварий.

Цеха разделения воздуха оснащены высокопроизводительными кислородными турбокомпрессорами, пуск которых осуществляется автоматически после включения их в общецеховую сеть подачи воды, азота, электричества. При этом соблюдается ряд последовательных операций, прописанных в Руководстве.

Кислородный компрессор в металлургии

Технический прогресс в химической, нефтехимической, прочих отраслях неразрывно связан развитием компрессоростроения. Одним из активных потребителей кислорода является металлургическая промышленность. На выплавку одного миллиона стали в год приходится около трёх миллиардов кубометров этого газа. Для интенсификации процессов горения его подают в плавильные печи, коксогазовые батареи в сжатом состоянии.

Поршневой кислородный компрессор в производстве сплавов железа с углеродом стал применяться с 1765 года. В конце девятнадцатого века с появлением паровых турбин и электродвигателей в промышленное производство внедрился центробежный вид.

При замене воздуха кислородом:

• в значительной мере возрастает производительность доменных и сталеплавильных печей, улучшается качество металла;
• переработка чугуна в сталь происходит быстрее, в большей степени выгорают вредные включения, не происходит насыщение азотом, улучшаются механические показатели;
• упрощается конструкция сталелитейной печи.

Кислород применяется:

• при получении чугуна, стали, ферросплавов;
• в конверторной выплавке сплавов;
• для кислородного дутья в домнах;
• для обжига сырья, выпуска свинца, цинка, никеля, прочих цветных металлов.

Технические приспособления для компримирования при помощи вращающегося элемента входят в комплектацию специальных станций, ВРУ по получению чистого газа из атмосферного воздуха. Технологическое оборудование размещают в отдельных помещениях. Цеха оснащены вентиляцией, системами автоматического регулирования, обеспечивающими безопасность, эффективность получения металлов и сплавов.