用于控制进入低温空气分离设备的进料空气流的压缩的方法技术

本发明专利技术提供了一种用于使用串联控制的至少两个变速压缩机驱动组件来控制进入低温空气分离设备的进料空气流的所述压缩的方法。所述第一变速驱动器组件驱动所述低压压缩机单元中的至少一个压缩级，而所述第二变速直接驱动器组件直接驱动设置在所述通用空气压缩系统或所述空气分离设备中的高压压缩级。所述第一变速驱动器组件和第二变速驱动器组件优选为高速变速电动马达组件，每个所述电动马达组件均具有马达主体、马达外壳和马达轴，所述马达轴具有通过牺牲性刚性联轴器直接且刚性地联接到所述马达轴的一个或多个叶轮。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制进入低温空气分离设备的进料空气流的压缩的方法
本专利技术涉及控制进入低温空气分离设备的进料空气流的压缩的方法，更具体地涉及使用串联控制的至少两个直接驱动压缩组件来控制进料空气流的压缩的方法。
技术介绍
低温空气分离是非常耗能的过程，因为需要生成高压、温度非常低的空气流和驱动该过程所需的大量制冷。在典型的低温空气分离设备中，进料空气流穿过主空气压缩机(MAC)装置以获得期望的中间排放压力和流量。在此类压缩之前，通常经由空气过滤器将灰尘和其它污染物从进料空气流中去除，该空气过滤器通常设置在吸气过滤器外壳中。过滤的空气流在多级MAC压缩装置中被压缩，通常压缩到约6巴的最小压力并且通常在更高的压力下进行压缩。然后将压缩的进料空气流在预纯化单元中纯化以从进料空气流中去除高沸点污染物。此类预纯化单元通常具有吸附床以吸附诸如水蒸汽、二氧化碳和烃类的污染物。在许多空气分离设备中，经压缩纯化的进料空气流或其部分在一系列增压空气压缩机(BAC)装置中被进一步压缩到更高的排放压力。在传统的空气分离设备中，MAC压缩装置位于预纯化单元的上游，而BAC装置位于预纯化单元的下游。然后将压缩的或进一步压缩的纯化进料空气流冷却并在多个蒸馏塔中分离成富氧馏分、富氮馏分和富氩馏分，这些蒸馏塔可包括高压塔、低压塔以及任选地包括氩塔(未示出)。如上所述，在此类蒸馏之前，经压缩预纯化的进料空气流通常被分成多个经压缩预纯化的进料空气流，其中的一些或全部随后被送至多级BAC压缩装置以获得煮沸由蒸馏塔系统产生的氧所需的期望压力。包括任何进一步压缩预纯化的进料空气流的多个经压缩预纯化的进料空气流然后在初级换热器或主换热器内被冷却至适于在蒸馏塔系统中进行精馏的温度。在初级换热器中冷却多个进料空气流的源通常包括由蒸馏塔系统生成的一种或多种废物流以及由冷涡轮和热涡轮装置生成的任何补充制冷，如下所述。然后将多个冷却的压缩空气流引导至双塔或三塔低温空气蒸馏塔系统，该系统包括高压塔和任选的氩塔，该高压塔与低压塔热连接或联接。在进入高压塔和低压塔之前，任何液态空气流都可在焦耳-汤普森阀中膨胀，以产生用于产生低温产物(包括液氧、液氮和/或液氩)所需的进一步制冷。在设计用于产生大量液态产物(诸如液氧、液氮和液氩)的空气分离单元中，必须提供大量的补充制冷，通常通过使用上述焦耳-汤普森阀、冷涡轮装置和/或热再循环涡轮装置。冷涡轮装置通常被称为下塔涡轮(LCT)装置或上塔涡轮(UCT)装置，其用于向双塔或三塔低温空气蒸馏塔系统提供补充制冷。另一方面，热再循环涡轮(WRT)装置利用所产生的排气流在热涡轮膨胀机中膨胀制冷剂流，通过制冷剂流的膨胀进行冷却，通过在初级换热器中或在辅助换热器中与所预纯化的压缩的进料空气进行间接热交换，为低温空气蒸馏塔系统提供补充制冷。在LCT装置中，一部分预纯化的压缩的进料空气在BAC压缩装置中被进一步压缩，在初级换热器中被部分冷却，然后将该进一步压缩并部分冷却的流的全部或一部分转移到涡轮膨胀机，该涡轮膨胀机可操作性地联接到压缩机并且驱动压缩机。然后将膨胀的气流或排气流引导至双塔或三塔低温空气蒸馏塔系统的高压塔。通过转移流的膨胀而产生的补充制冷由此被直接施加到高压塔，从而减轻了初级换热器的一些冷却负荷。类似地，在UCT装置中，一部分所纯化的压缩的进料空气在初级换热器中被部分冷却，然后将该部分冷却的流的全部或一部分转移到热涡轮膨胀机，该热涡轮膨胀机也可操作性地联接到压缩机并且驱动压缩机。然后将来自热涡轮膨胀机的膨胀的气流或排气流引导至双塔或三塔低温空气蒸馏塔系统中的低压塔。通过排气流的膨胀而产生的冷却或补充制冷由此被直接施加到低压塔，从而减轻了初级换热器的一些冷却负荷。MAC压缩装置和BAC压缩装置需要大量功率来实现所需的压缩。通常，MAC压缩装置消耗空气分离设备消耗的总功率的约60％至70％。尽管空气分离设备功率需求的一部分可通过上述向双塔或三塔低温空气蒸馏塔系统提供补充制冷的冷涡轮装置和/或热涡轮装置进行回收，但是空气分离设备驱动多级MAC压缩装置和多级BAC压缩装置所需的大部分功率是外部供应的功率。大多数传统的MAC压缩装置和BAC压缩装置以及氮再循环压缩机和相关的产品压缩机被配置为整体齿轮式压缩机(IGC)装置，其包括联接到单速驱动器组件的一个或多个压缩级以及适用于通过大齿轮和相关联的小齿轮轴驱动一个或多个压缩级的齿轮箱，使得所有小齿轮轴以恒定的速度比运行。一个或多个压缩级通常使用离心压缩机，其中进入入口的进料空气被分配到称为叶轮的叶片式压缩机轮，该叶轮旋转以加速进料空气并由此将旋转能量施加给进料空气。能量的增加伴随着速度的增加和压力的升高。压力在围绕叶轮的静态叶片或无叶片扩散器中回收，该扩散器用于降低进料空气的速度，从而增加进料空气的压力。叶轮可布置在多个轴上或者布置在与单速驱动器联接的单个轴上。在使用多个轴的情况下，通常需要齿轮箱和相关联的润滑系统。传统的MAC压缩装置还需要设置在压缩机的多个级之间的多个中间冷却器，以从每个压缩级之间的压缩空气流中去除压缩热。其原因是当空气被压缩时，其温度升高，升高的空气温度需要增加功率来压缩气体。因此，当在压缩级中压缩空气并且在压缩级之间冷却空气时，与没有级间冷却的压缩相比，由于更接近等温压缩，所以压缩功率要求降低。诸如直接接触式后冷却器或空气冷却器的后冷却器通常也定位在MAC压缩装置和BAC压缩装置之间。已经建议利用直接驱动压缩机组件装置替换部分传统的IGC装置。压缩机和驱动器组件的直接联接克服了齿轮箱装置固有的低效率，其中在驱动器组件和压缩级之间的传动装置内发生热损耗。此类直接联接被称为直接驱动压缩机组件，其中驱动器组件轴和叶轮都以相同的速度旋转。通常，此类直接驱动压缩机组件能够变速运行。由此可以运行直接驱动压缩机组件通过改变驱动器速度来递送穿过多个压缩级的一定范围的流量和压缩机单元上一定范围的压力比。另外，大多数传统的MAC压缩装置被设计为在对应于峰值流量处或其附近的点的设计点处被优化。然而，在许多空气分离设备中，已经发现的是压缩机通常在其各自的设计条件下运行的时间少于10％，并且在一些设备中，该时间少于5％。MAC压缩装置和BAC压缩装置的峰值流量将受到可以由压缩机制造商制造的离心叶轮尺寸和许可的叶轮叶尖速度的限制。在传统系统中，所有MAC压缩级通常由相同的传动系统或驱动器驱动。因此，一旦为该MAC驱动器选择了设计速度，几乎没有改变速度的空间，因为任何速度改变都将影响所有MAC压缩级以及可能也联接到相同的传动系统的任何BAC压缩级。使用这种传统的设计点，传统的MAC压缩装置通常可以使用与一个或多个压缩级相关联的入口导向叶片实现仅约30％下调量的下调(即，减少压缩空气的流量)。对于任何给定的空气分离设备，虽然空气入口压力通常是恒定的，但是从冬季到夏季，甚至从白天到夜间，环境空气入口温度可以发生显著变化，导致体积流量发生相当大的变化。一旦选择了设计速度，几乎没有改变该速度的空间来适应季节性温度和/或生产变化。因此，最有效的压缩机性能控制变量，即驱动器速度，不是用于大多数传统MAC和BAC压缩装置的运行控制的自由度。例如，为了应对夏季高温条件下所需的流量和扬程，需要根据夏季高温条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制进料气流压缩进入低温空气分离设备的方法，所述方法包括以下步骤：(a)在通用空气压缩系统的低压单级或多级压缩单元中压缩所述进料空气流的至少一部分，所述低压单级或多级压缩单元中的至少一个压缩级由第一变速驱动器组件直接驱动；(b)在所述通用空气压缩系统的一个或多个高压单级或多级压缩单元中进一步压缩所述经压缩的气流，其中所述高压单级或多级压缩单元中的所述至少一个由第二变速驱动器组件驱动；以及(c)在步骤(a)之后，或在步骤(b)之后，或在步骤(b)的压缩级之间，纯化所述进一步压缩的进料气流以去除杂质；其中所述进料气流的体积流量通过响应于所述低温空气分离设备的所述运行条件的改变而调节选自所述第一变速驱动器组件或所述第二变速驱动器组件的主驱动器组件的所述速度来控制，并且其中此类调节之前的所述变速驱动器组件的速度比不同于调节之后的所述变速驱动器组件的所述速度比；并且由此所述低温空气分离设备的效率通过响应于所述低温空气分离设备的所述运行条件的改变而调节所述第一变速驱动器组件或所述第二变速驱动器组件或两者的所述速度来改变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.30 US 14/9275131.一种用于控制进料气流压缩进入低温空气分离设备的方法，所述方法包括以下步骤：(a)在通用空气压缩系统的低压单级或多级压缩单元中压缩所述进料空气流的至少一部分，所述低压单级或多级压缩单元中的至少一个压缩级由第一变速驱动器组件直接驱动；(b)在所述通用空气压缩系统的一个或多个高压单级或多级压缩单元中进一步压缩所述经压缩的气流，其中所述高压单级或多级压缩单元中的所述至少一个由第二变速驱动器组件驱动；以及(c)在步骤(a)之后，或在步骤(b)之后，或在步骤(b)的压缩级之间，纯化所述进一步压缩的进料气流以去除杂质；其中所述进料气流的体积流量通过响应于所述低温空气分离设备的所述运行条件的改变而调节选自所述第一变速驱动器组件或所述第二变速驱动器组件的主驱动器组件的所述速度来控制，并且其中此类调节之前的所述变速驱动器组件的速度比不同于调节之后的所述变速驱动器组件的所述速度比；并且由此所述低温空气分离设备的效率通过响应于所述低温空气分离设备的所述运行条件的改变而调节所述第一变速驱动器组件或所述第二变速驱动器组件或两者的所述速度来改变。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述低温空气分离设备的所述效率通过调节所述变速驱动器组件的所述速度而增加。3.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述经压缩并纯化的进料空气流的部分引导至具有一个或多个增压压缩级的分体式空气压缩系统的步骤。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一变速驱动器组件的所述速度响应于所述通用空气压缩系统中测量的空气流量而设定，并且其中所述第二变速驱动器组件的所述速度响应于所述分体式空气压缩系统中纯化的压缩空气流的所述至少一部分的测量的压力以及所述第一变速驱动器组件的所述速度而设定。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一变速驱动器组件的所述速度响应于所述通用空气压缩系统中测量的空气流量而设定，并且其中所述第二变速驱动器组件的所述速度响应于所述通用空气压缩系统中的排放压力和所述第一变速驱动器组件的所述速度而设定。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一变速驱动器组件的所述速度响应于所述通用空气压缩系统中所述测量的空气流量和一个或多个过程限制而设定，并且其中所述第二变速驱动器组件的所述速度响应于所述一个或多个一个或多个过程限制和所述第一变速驱动器组件的所述速度而设定。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一变速驱动器组件的所述速度响应于所述通用空气压缩系统中所述测量的空气流量和一个或多个压缩级限制而设定，并且其中所述第二变速驱动器组件的所述速度响应于所述一个或多个压缩级限制和所述第一变速驱动器组件的所述速度而设定。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一变速驱动器组件的所述速度响应于所述通用空气压缩系统中所述测量的空气流量和一个或多个驱动器组件限制而设定，并且其中所述第二变速驱动器组件的所述速度响应于所述一个或多个一个或多个驱动器组件限制和所述第一变速驱动器组件的所述速度而设定。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一变速驱动器组件的所述速度响应于所述通用空气压缩系统中所述测量的空气流量和选自过程限制、压缩级限制和驱动器组件限制的一个或多个限制而设定，并且其...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·F·阿卜杜勒瓦哈卜，N·J·德根斯坦，C·L·施瓦兹，RL·陈，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US