CN105126376A - 一种尿素汽提塔出液能量梯次利用设备及尿素气提液涡轮泵 - Google Patents

Abstract

一种尿素汽提塔出液能量梯次利用设备包括气提塔、精馏塔、联接管道、调节阀门、泵、联轴器、电机；气提塔与精馏塔通过联接管道连接，联接管道上设置泵，泵通过联轴器与电机机械连接；在气提塔与泵之间的联接管道上设置调节阀门。一种尿素气提液涡轮泵包括泵体，主轴包括内轴、及套在内轴上的外管,内轴与外管之间通过弹性部件连接，一级轮叶和二级轮叶分设在泵体的二个腔室内，一级轮叶、平衡盘、二级轮叶依次设在外管上；二个腔室通过连接管连接，连接管上设有气液分离器；轴承座支撑内轴，内轴一端与联轴器连接、另一端与止推轴承连接。本发明的优点在于，能将尿素生产过程中的提出液的液压力进行减压，同时能将其所产生的压差势能利用起来。

Description

一种尿素汽提塔出液能量梯次利用设备及尿素气提液涡轮泵

技术领域

本发明设计化工流体输送设备领域，涉及尿素汽提塔出液能量梯次利用设备及尿素气提液涡轮泵。

背景技术

国内绝大部分尿素生产工艺采用CO₂汽提工艺，该工艺中汽提塔提出液的出液压力高达14.6MPa，而一般精馏塔承压小于0.4MPa，这就要求对提出液进行减压，当减压至0.3MPa左右后方可进入精馏塔后进行蒸发循环；现有技术中，减压过程一般是通过高压调节阀及节流管进行减压；压差势能未能得到利用，白白浪费掉了。对一般小规模如300kt/a尿素装置而言，因年产量较低，能量回收（液力透平）在经济上不具可行性；但是对大规模如55万吨尿素装置而言，汽提塔提出液流量高达80m³/h，此时就有较大的回收利用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种尿素汽提塔出液能量梯次利用设备及尿素气提液涡轮泵，能将尿素生产过程中的提出液的液压力进行减压，同时能将其所产生的压差势能利用起来的设备。

为了解决上述问题，本发明的技术方案为：一种尿素汽提塔出液能量梯次利用设备包括气提塔、精馏塔、联接管道、调节阀门、泵、联轴器、电机；

所述气提塔与所述精馏塔通过联接管道连接，在联接管道上设置泵，泵通过联轴器与电机机械连接；

在所述气提塔与所述泵之间的联接管道上设置调节阀门。

优选的，泵为二台或多台并联的涡轮泵，每台所述的涡轮泵分别与气提塔连通，相邻的涡轮泵之间通过气液分离器连通。

一种运用于尿素汽提塔出液能量梯次利用设备的尿素气提液涡轮泵包括泵体，泵体内设二个腔室，二个腔室之间设有平衡腔，二个腔室内分别设有一级轮叶和二级轮叶，主轴依次穿过二个腔室，且分别与一级轮叶和二级轮叶连接，在一级轮叶和二级轮叶之间平衡腔里设有平衡盘，平衡盘安装在主轴上；

所述二个腔室通过连接管连接，连接管上设有气液分离器；

进气口与设有一级涡轮的腔室连通，出气口与设有二级涡轮的腔室连通；

所述的主轴包括内轴、及套在内轴上的外管，内轴与外管之间通过弹性部件连接，一级轮叶、二级轮叶、平衡盘设在外管上，轴承座支撑内轴，内轴一端与联轴器连接、另一端与止推轴承连接。

进一步讲，泵体外还设有平衡气出口，所述平衡腔通过通道与平衡气出口相连通。

进一步讲，在外管两端与泵体相接处安装有干气密封装置。

进一步讲，泵体为轴向剖分泵。

进一步讲，在所述平衡盘靠近一级轮叶的端面上设有第一节流环，在平衡盘靠近二级轮叶的端面上设有第二节流环，且第二节流环的直径大于第一节流环的直径；

在平衡空腔的两侧的泵体上分别设有与第一节流环和第二节流环相对应的第一凸起和第二凸起；

在平衡盘两侧的泵体内分别设有第一提出液体输送通道和第二提出液体输送通道，且一级空腔通过第一提出液体输送通道与平衡空腔相连通，二级空腔通过第二提出液体输送通道与平衡空腔相连通。

进一步讲，第一提出液体输送通道和第二提出液体输送通道为泵体与主轴外管构成的径向间隙，且在该径向间隙中设置有迷宫式非接触式密封结构。

进一步讲，提液涡轮泵还包括保温装置，所述保温装置包括设在泵体内的第一蒸汽通道和第二蒸汽通道，且第一蒸汽通道和第二蒸汽通道分别位于透平装置的两侧；在第一蒸汽通道上安装有第一蒸汽进口和第一蒸汽出口，在第二蒸汽通道上安装有第二蒸汽进口和第二蒸汽出口。

采用本发明的技术效果为：利用液力透平原理，尿素气的高压势依次经过二个腔室内的轮叶后，轮叶将尿素气的高压势能转换成机械能推动主轴旋转，以达到减压和利用尿素提液压差势能的技术效果，达到能力回收利用的目的。在每个腔室内的轮叶在能量消耗过程中，会将尿素提液进行一次降温，进而会产生过多的液体，其中管道中设置的分离器将会对其气体和液体进行一次初步的分离，使其符合进入下一级腔室的技术要求，并且在从泵体出口流出的气提液不会掺杂过多的液体成分。

平衡盘的作用的在于防止轴左右串动，当一级空腔内的高压尿素提出液通过第一提出液体输送通道的减压后，再将压力传送至平衡腔内，在平衡盘的作用下，推动主轴向一侧移动，当移动后，第一节流环与第一凸起分开、第二节流环与第二凸起贴合，同时平衡腔上的第一节流环与第一凸起围成的空腔与平衡出口连通，第一节流环与第一凸起围成的空腔此时迅速减压；同时，二级空腔内的经过减压后的尿素提出液通过第二提出液体输送通道减压后将压力传送至平衡腔内，由于此时第二节流环与第二凸起贴合，同时在第二节流环围成的空腔内会产生一定的压力，进而迫使主轴向第一轮叶方向移动，第二节流环与第二凸起分开，此时第二节流环围成的空腔与平衡出口连通，该空腔迅速减压，迫使主轴向第二轮叶方向移动；进而使得主轴在平衡盘的作用下，主轴始终处于设计范围内的左右抖动的状态，并且主轴上的节流环与凸起之间是点摩擦，进而起到防止主轴左右串动的技术效果；同时第二节流环的直径大于第一节流环的直径，是因为第一空腔的内的气提压力大于第二空腔内的气提，使其平衡盘两侧受到的尿素提出液推动压力始终处于平衡状态。平衡盘微小移动时，驱动的是外管移动，而对内轴没有影响，消除了主轴轴向力而导致设备运行不稳定的情况。

保温通道的作用在于起到保证尿素提出液的产生的势能能够有效的输出，例如：高温高压气提液体进入到温度较低的泵体内，那么泵体会吸收尿素气提液的部分热能，因此尿素提出液中的气体部分会在腔室内形成凝结成液体，其液体会阻碍一级轮叶做功，进而影响整个泵的工作效率，通过设置保温通道，使不同腔室内的温度接近。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为尿素汽提塔出液能量梯次利用设备示意图。

图2为尿素气提液涡轮泵的主视图。

图3为尿素气提液涡轮泵的泵体剖视图。

图4为主轴示意图。

图5为主轴剖视图。

图6为尿素气提液涡轮泵的平衡盘剖视图。

如图中，泵体1、一级轮叶2、二级轮叶3、主轴4、平衡盘5、提液进口6、提液出口7、第一蒸汽通道8、第二蒸汽通道9、干气密封装置10、联轴器11、第一轴承座12、止推轴承13、管道14、气液分离器15、滑动轴16、内轴17、外管18、电机20、一级腔室21、二级腔室31、平衡气出口51、平衡腔室52、第二节流环53、第一节流环54、第一凸起55、第二凸起56、第二提出液体输送通道57、第一提出液体输送通道58、平衡气管道59、第一蒸汽进口81、第一蒸汽出口82、第二蒸汽进口91、第二蒸汽出口92、第二轴承座121、气提塔201、精馏塔202、联接管道203、调节阀门204、泵205、联轴器206、电机207、水泵208。

具体实施方式

如图1所示，一种尿素汽提塔出液能量梯次利用工艺包括气提塔201、精馏塔202、联接管道203、调节阀门204、泵205、联轴器206、电机207；

气提塔201与精馏塔202通过联接管道203连接，在联接管道203上设置泵205，泵通过联轴器206与电机207机械连接，并通过电机207对外做工，优选的，电机207分别带动水泵208（包括低压水泵、高压水泵），水泵208带液体从低处抽入气提塔201；

泵205为二台并联的涡轮泵，每台涡轮泵分别与气提塔201连通，相邻的涡轮泵之间通过气液分离器15连通

气提塔201与泵205之间的联接管道203上设置调节阀门204（高压调节阀），高压调节阀通调节进入泵205的压力，例如将，气提塔201压力14.6Mpa经过高压调节阀降至3.5Mpa后进入泵205，在由泵205降压至0.3Mpa左右进入精馏塔202。

工作时，高压调节阀（LPV2203），通过涡轮泵（泵205）的振动联锁及汽提塔（201）液位进行调节阀开度，在DCS上进行程序控制，正常情况下，LPV2202调节阀处于关闭状态，LPV2203调节阀开启，通过涡轮泵做功减压后送精馏塔202，在涡轮泵出现故障后，通过转速及振动联锁反馈信号至LPV2203关闭，同时LPV2202调节阀开启，从而保证生产的稳定运行。

如图3所示，尿素气提液涡轮泵包括泵体1和安装在泵体1内的主轴4，如图4、5所示，主轴4包括内轴17、及套在内轴17上的外管18，内轴17与外管18之间通过弹性部件连接；一级轮叶2、二级轮叶3、平衡盘５设在外管18上，如图2中，内轴17一端与联轴器11连接、另一端与止推轴承13连接，外管18在泵体1的两端安装有轴密封装置10，在泵体1内设置二个腔室，分为别一级腔室21和二级腔室31，轮叶包括一级轮叶2、二级轮叶3，一级轮叶2位于一级腔室21内，二级轮叶3位于二级腔室31，主轴4依次穿过一级腔室21和二级腔室31，一级轮叶2、二级轮叶3连接在主轴4上，提液进口6设在第一腔室21上，提液出口7设在第二腔室31上；

干气密封装置10选用二氧化碳干气密封装置。

在泵体1内设置有保温通道，优选的，保温通道包括设在泵体1内的第一蒸汽通道8和第二蒸汽通道9，且第一蒸汽通道8和第二蒸汽通道9分别位于透平装置的两侧；在第一蒸汽通道8上安装有第一蒸汽进口81、第一蒸汽出口82，在第二蒸汽通道9上安装有第二蒸汽进口91、第二蒸汽出口92。进一步优选的，第一蒸汽通道8的截面的面积大于第二蒸汽通道9的截面的面积，且第一蒸汽通道8位于透平装置中靠近一级轮叶2的一侧，第二蒸汽通道9位于透平装置中靠近二级轮叶3的一侧。

工作时，当高温高压尿素气提液体进入到温度较低的泵体1内时，那么泵体1会吸收尿素气提液的部分热能，因此尿素提出液中的气体部分会在一级腔室21内形成凝结成液体，其液体会阻碍一级轮叶2做功，进而影响整个泵的工作效率，并且在进入一级腔室21的尿素提液的温度要高于二级腔室31，所以靠近一级腔室21的第一蒸汽通道8的截面积要大于第二蒸汽通道9的截面积。

一级腔室21和二级腔室31通过管道14连通，在管道14上安装有气液分离器15。

工作时，在驱动一级轮叶2的能量消耗过程中，会将尿素提液进行一次降温，进而会产生过多的液体，其中管道14中设置的气液分离器15将会对其气体和液体进行一次初步的分离，使其符合进入二级腔室31的技术要求，并且在从泵体1出口流出的气提液不会掺杂过多的液体成分，使得二级腔室31排出的尿素提气符合进入下一个工作单元的进气标准。

如图6中，平衡盘5包括设置在泵体1内、一级腔室21和二级腔室31之间平衡腔室52，及设置在所述平衡腔室52内主轴4上的平衡盘5，平衡腔室52通过平衡气管道59与位于泵体1外的平衡气出口51相连通；

平衡腔室52分别通过第一提出液体输送通道58与一级腔室21连通，通过第二提出液体输送通道57与二级腔室31通过。

在平衡盘5靠近一级轮叶2的端面上设有第一节流环54，在平衡盘5靠近二级轮叶3的端面上设有第二节流环53，且第二节流环53的直径大于第一节流环54的直径。

在平衡腔室52的两侧的泵体1上分别设有与第一节流环54和第二节流环53相对应的第一凸起55和第二凸起56。

工作时，理想状态，平衡盘5二侧受力相同，主轴4不会产生位移，确保尿素提出液透平减压泵的安全。如图平衡盘5二边气压发生波动，当一级空腔21内的高压尿素提出液通过第一提出液体输送通道58的减压后，再将压力传送至平衡腔内，在平衡盘5的作用下，推动主轴4的外管18向一侧移动，当移动后，第一节流环54与第一凸起55分开、第二节流环53与第二凸起56贴合，同时平衡腔上的第一节流环54与第一凸起55围成的空腔与平衡出口连通，第一节流环54与第一凸起55围成的空腔此时迅速减压；同时，二级空腔31内的经过减压后的尿素提出液通过第二提出液体输送通道57减压后将压力传送至平衡腔内，由于此时第二节流环53与第二凸起56贴合，同时在第二节流环53围成的空腔内会产生一定的压力，进而迫使主轴4向第一轮叶方向移动，第二节流环53与第二凸起56分开，此时第二节流环53围成的空腔与平衡出口连通，该空腔迅速减压，迫使主轴4的外管18向第二轮叶方向移动；进而使得主轴4的外管18在平衡盘5的作用下，主轴4的外管18始终处于设计范围内的左右抖动的状态，并且主轴4的外管18上的节流环与凸起之间是点摩擦，进而起到防止主轴4的外管18左右串动的技术效果；同时第二节流环53的直径大于第一节流环54的直径，是因为第一空腔的内的气提压力大于第二空腔内的气提，使其平衡盘5两侧受到的尿素提出液推动压力始终处于平衡状态

优选的，第一提出液体输送通道58和第二提出液体输送通道57为泵体1与主轴4构成的径向间隙，且在该径向间隙内设置有迷宫式非接触式密封结构。

如图2所示，在主轴4的一个端部依次安装有联轴器11和第一轴承座12，在另一个端部安装有第二轴承座121，在第二轴承座121上安装有止推轴承13。

泵体1、主轴4、一级轮叶2、二级轮叶3、平衡盘5和气液分离器15是采用双相不锈钢制成。

优选的，泵体1为轴向剖分式泵体。

主轴4采用第一轴承座12和第二轴承座121支撑，确保了运转中的同轴度，减轻主轴4的径向跳动；同时涡轮泵两个轮叶中间的平衡盘5平衡轴向受力，另外在其尾端设有止推轴承13，消除了轴向力而导致设备运行不稳定的情况，使设备运行更加稳定；与液气接触的材料选用双相不锈钢，该材料不受高压尿素气的腐蚀，进而防止尿素气对轮叶的冲蚀，提高了设备的使用寿命；泵体1采用轴向剖分式，方便拆卸或安装；本发明可以降低尿素装置的运行成本及能耗，起到减压效果的同时，还可以为其他设备提供机械能。

使用方法，如图2和3所示：1、首先向第一蒸汽进口81和第二蒸汽进口91通入高温蒸汽，高温蒸汽从第一蒸汽通道8和第二蒸汽通道9中通过，将热量传递至泵体1后，高温蒸汽从第一蒸汽出口82和第二蒸汽出口92排出；当泵体1加热到适当温度后，再将主轴4通过驱动装置驱动主轴4转动，其中驱动装置可以是连接在主轴4一侧的电机20。

2、通过提液进口6向泵体内通入尿素气提液，尿素气提液经过管道14和气液分离器15从提液出口7排出。

3、当主轴4在电机20的驱动下运转到一定转速后，关闭电机，让主轴4在尿素气提液的驱动下旋转，主轴4向外做功。

4、经过减压后的尿素气提液与平衡气出口51排出的液体一并输送至下一工作位置。

Claims (9)

1.一种尿素汽提塔出液能量梯次利用设备，其特征是：所述的设备包括气提塔、精馏塔、联接管道、调节阀门、泵、联轴器、电机；

所述气提塔与所述精馏塔通过联接管道连接，在联接管道上设置泵，泵通过联轴器与电机机械连接；

在所述气提塔与所述泵之间的联接管道上设置调节阀门。

2.根据权利要求1所述的一种尿素汽提塔出液能量梯次利用设备，其特征在于所述泵为二台或多台并联的涡轮泵，每台所述的涡轮泵分别与气提塔连通，相邻的涡轮泵之间通过气液分离器连通。

3.一种运用于权利要求１或２的尿素气提液涡轮泵，其特征在于：所述提液涡轮泵包括泵体（1），泵体（1）内设二个腔室，二个腔室之间设有平衡腔，二个腔室内分别设有一级轮叶（2）和二级轮叶（3），主轴（4）依次穿过二个腔室，且分别与一级轮叶（2）和二级轮叶（3）连接，在一级轮叶（2）和二级轮叶（3）之间平衡腔里设有平衡盘（５），平衡盘（５）安装在主轴（4）上；

所述二个腔室通过连接管连接，连接管上设有气液分离器（15）；

进气口与设有一级涡轮（１０）的腔室连通，出气口与设有二级涡轮（９）的腔室连通；

所述的主轴（4）包括内轴、及套在内轴上的外管，内轴与外管之间通过弹性部件连接，一级轮叶（2）、二级轮叶（3）、平衡盘（５）设在外管上，轴承座支撑内轴，内轴一端与联轴器(11)连接、另一端与止推轴承(13)连接。

4.根据权利要求3所述的一种尿素气提液涡轮泵，其特征在于：所述泵体（1）外还设有平衡气出口（５1），所述平衡腔通过通道与平衡气出口（５1）相连通。

5.根据权利要求3所述的一种尿素气提液涡轮泵，其特征在于：所述在外管两端与泵体1相接处安装有干气密封装置（10）。

6.根据权利要求3所述的一种尿素气提液涡轮泵，其特征在于：所述泵体（1）为轴向剖分泵。

7.根据权利要求3所述的一种尿素气提液涡轮泵，其特征在于：在所述平衡盘（5）靠近一级轮叶（2）的端面上设有第一节流环（54），在平衡盘（5）靠近二级轮叶（3）的端面上设有第二节流环（53），且第二节流环（53）的直径大于第一节流环（54）的直径；

在平衡空腔（52）的两侧的泵体（1）上分别设有与第一节流环（54）和第二节流环（53）相对应的第一凸起（55）和第二凸起（56）；

在平衡盘（5）两侧的泵体内分别设有第一提出液体输送通道（58）和第二提出液体输送通道（57），且一级空腔（21）通过第一提出液体输送通道（58）与平衡空腔（52）相连通，二级空腔（31）通过第二提出液体输送通道（57）与平衡空腔（52）相连通。

8.根据权利要求7所述的一种尿素气提液涡轮泵，其特征在于：所述第一提出液体输送通道（58）和第二提出液体输送通道（57）为泵体（1）与主轴（4）外管构成的径向间隙，且在该径向间隙中设置有迷宫式非接触式密封结构。

9.根据权利要求3所述的尿素气提液涡轮泵，其特征在于：所述提液涡轮泵还包括保温装置，所述保温装置包括设在泵体（1）内的第一蒸汽通道（8）和第二蒸汽通道（9），且第一蒸汽通道（8）和第二蒸汽通道（9）分别位于透平装置的两侧；在第一蒸汽通道（8）上安装有第一蒸汽进口（81）和第一蒸汽出口（82），在第二蒸汽通道（9）上安装有第二蒸汽进口（91）和第二蒸汽出口（92）。