压缩机知识文档格式.docx
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由式1-1，1-2，整理得出以下公式：
P1V1/T1=P2V2/T2（式1-4）
这个方程式称为理想气体的状态方程式。
由时可见，气体自起始状态到了终了状态，虽然三要素都发生了变化，但压力和容积乘积与温度的商不变。
第二节压缩机概述及原理
一.压缩机的应用
在科学技术日益发展的今天，压缩机作为重要能量形式的压力能在石化行业广泛应用。
并且作为装置运行的心脏设备，地位举足轻重。
压缩机状态的好坏直接决定着装置的运行安全与否。
压缩机主要应用的场合有：
1.化工工艺过程应用。
为保证某些工艺在较高压力下进行反应，通常将气体
压缩到一定压力。
例如：
加氢工艺要求将氢气压缩到很高的压力。
2.动力工程应用。
利用压缩机压缩空气作为驱动装置的动力气源。
常见的仪
表风等。
3.气体输送。
为了输送原料气，常用压缩机增压。
例如从油田输送天然气等。
在装置中将未反应气体再循环，常用压缩机加以循环增压。
二.压缩机的分类
按照能量转换方式不同，常用压缩机可分为两大类：
（一）容积式压缩机
容积式压缩机的工作原理是依靠气缸工作容积周期性的变化来压缩气体，以达到提高其压力的目的。
按运动特点不同，又可分为以下两种：
1.往复式压缩机。
典型的往复式压缩机是活塞式压缩机。
它依靠气缸内活塞的往复运动来压缩
气体。
依据所需压力的高低，它可以作成单级或多级；
为了使机器受载均衡，还可以作成单列或多列。
目前，在石化行业较高压力，较低流量的场所多采用此类压缩机。
加氢精制、加氢裂化等装置增压机都采用往复式压缩机进行新氢压缩。
2.回转式压缩机。
滚动活塞式、双螺杆式、单螺杆式、罗茨式、滑片式、液环式、漩涡式。
容积式压缩机共同点为：
利用设备的特点，依靠容积变化实现压力升高的目的。
（二）动力式压缩机
它的工作原理为：
通过离心力提高气体速度，并在扩压型通道中降低速度提高压力。
1.轴流式。
压缩气体流动方向与轴平行。
2.离心式。
压缩气体流动方向与主轴垂直。
3.混流式。
既有轴流又有离心。
第三节往复式压缩机
第一部分概述和原理
一.往复式压缩机分类与形式
分类
型式名称
参数范围或结构特点
排气量Vd分
（吸气压力为大气压）
微型
小型
中型
大型
Vd≤1M3/min
1M3/min＜Vd≤10M3/min
10M3/min＜Vd≤100M3/min
Vd＞100M3/min
按排气压力Pd分
低压压缩机
中压压缩机
高压压缩机
超高压压缩机
0.2Mpa＜Pd≤1.0Mpa
1.0Mpa＜Pd≤10.0Mpa
10.0Mpa＜Pd≤100.0Mpa
Pd＞100.0Mpa
按气缸的排列
方式分
立式
卧式
对置式
对称平衡式
角式
气缸中心线垂直于地面
气缸中心线平行于地面
气缸分布在曲轴的两侧，相对两列区拐不等于180°
气缸分布在曲轴的两侧，相对两列区拐等于180°
气缸中心线互成一定角度
按气缸容积的作用方式分
单作用式
双作用式
级差式
仅活塞的一侧的气缸容积工作
活塞两侧的气缸容积交替进行工作
同列一侧中有两个以上不同级的活塞组装在一起工作
按压缩级数分
单级
双级
多级
气体经一次压缩即达到排气压力
气体经二次压缩达到排气压力
气体经多次压缩达到排气压力（级间设有冷却器）
传动方式
电动压缩机
内燃机压缩机
蒸汽压缩机
电动机带动
内燃机带动
蒸汽透平带动
输送介质
空气压缩机
石油气压缩机
煤气压缩机
氢气压缩机
氨冷冻压缩机
空气
石油气体
水煤气
氢气
氨气
此外，根据冷却方式不同分为风冷式和水冷式，根据安装方式不同分为移动式和固定式等。
二.往复式压缩机的一般工作原理
往复式压缩机是依靠活塞的往复运动来压缩气体的（所以称为活塞式压缩机）图2-1单级往复式压缩机示意图
它由曲轴1，连杆2，十字头3，活塞杆4，气缸5，活塞6，活塞环7，吸气阀8，排气阀9，和填料函10组成。
曲轴的旋转运动，通过连杆，十字头的作用，而变为活塞的往复运动。
压缩机的活塞每往复一次称为一个循环，每一个循环包括吸气，压缩，排气和膨胀四个过程。
1.吸气过程当活塞6自做向右运动时，缸内体积逐渐增大，压力下降，至压力降到稍低于进气管中气体压力时，进气管中气体便顶开吸气阀8进入器缸，直到活塞移动到右端（称为死点）为止。
之后，吸气阀在弹簧的作用下自动关闭。
2.压缩过程当活塞调转方向移动时，（由于排气管中的压力高于气缸压力，排气阀关闭）缸内气体体积逐渐缩小，气体被压缩，压力逐渐升高。
3.排气过程随着活塞的左移，当缸内气体压力稍高于排气管中的气体压力时，缸内气体便顶开排气阀，排入管路，直至活塞移动到左端（称为左死点）为止。
之后，排气阀自动关闭。
4.膨胀过程当排气阀关闭后，活塞由左端向右移动，由于气缸内余隙容积的存在，残存的高压气体体积开始膨胀，直到膨胀达到压力稍低于吸气压力时，吸气阀打开，吸气过程开始，进入新的一轮循环。
（实际工作过程，理论工作过程无）
图2-1所示为单作用活塞式压缩机工作原理，如换成双作用压缩机，基本原理相同，只是过程相对复杂。
（活塞的两侧能吸气，压缩和排气的压缩机称为双作用压缩机）双作用压缩机装有填料防止机体侧气体泄漏，有关填料在后面有叙述。
三.往复式压缩机的理论压缩过程
压缩机在一个循环中，气体在气缸的压力（P）和体积（V）之间的变化关系，可以在P—V坐标中清楚的表示出来，称为气体的压缩循环P—V图。
因为图像还能清楚的表示出压缩机在一个循环过程中所能耗用的功量，所以也称为示功图。
消耗较少的功量，获得较大的生产能力，这是压缩机的设计和维修中所要解决的一个主要问题。
通过示功图，我们就可以从功量消耗的角度，来分析气体在气缸内的工作情况，和发现压缩机在运转过程中所存在的一些不正常现象，从而进行维护和改进。
四.压缩空气的三种理论过程
气体压缩时耗功量与压缩过程的情况有关。
因此我们必须对压缩机过程的三种基本情况加以分析，从中找出压缩机耗功量的规律。
（图2-2）
1.根据以前所讲的气体性质，气体被压缩时，由于外界对气体做功，外功变成了内能，气体的温度升高，被压缩的程度越大，（外界对气体的功越多，气体内能增加的越多）温度就升高的越高。
等温压缩过程就是压缩机气体时，气缸冷却效果非常好，使气体温度保持不变，在等温压缩过程中，气体的压力和体积的变化关系，在P-V图上称为等温曲线，如图2-2所示中的BC1线。
2.绝热压缩过程
与外界没有热交换的压缩过程称为绝热压缩过程。
就是压缩机中不加冷却，气体与外界不进行热交换，热量不变。
该过程在2-3中BC3,由于压缩过程中气体温度不断升高，而使压力升高的速度要比等温压缩时快，体积压缩至V2时，压力就达到了P2，因而C3点在C1点右边。
上述两种压缩过程都属于理论上的压缩过程，在实际生产过程中很难办到。
3.多变压缩过程
在实际生产中，气体在压缩时产生的热量，一部分传给了气缸，并通过气缸壁传出，大部分则保留在气体中。
因此，实际压缩过程既不是等温，也不是绝热过程，而是介于两者之间，称为多边压缩过程。
多变压缩曲线BC2位于BC1和BC3之间。
比较三中压缩过程，我们不难发现，等温压缩时，耗用的功量最少，绝热压缩最多。
等温压缩过程，以较少功量的角度来看，是一个理想的过程。
实际压缩过程中的多变曲线越接近等温曲线好的功量越少。
要使多变曲线接近等温曲线，就必须把压缩气体时产生的热量不断移出。
气缸和气缸盖设置冷却水夹套，以及用冷却器冷却气体，并对冷却后气体的温度有一定的要求，主要目的在于此。
后面将用实例介绍冷却原理和设备。
五.往复式压缩机的实际压缩过程
前面所讲的理论示功图，是忽略了在循环过程中一些次要的实际因素对过程的影响，实际示功图应考虑这些影响，所以实际示功图与理论示功图右区别。
具体在于：
1.实际压缩机的气缸中有余隙容积，余隙容积包括活塞在形成终点对于气
缸盖的间隙，阀座下面的空间，以及其他死角，这些地方的气体是排不出去的。
所以压缩机排气后，吸气前又增加了一个残留在余隙容积中的压缩气体的膨胀过程。
2.吸气阀和排气阀是靠压盖开启的，而且对气体的流动有较大的阻力，所
以气缸的吸气压力必须稍低于吸气管的压力p1;
而排气压力必须稍高于排气管的压力p2;
并且吸气和排气线不是直线而是波动线，其原因是由于管路中的气体压力的波动的气体通过气阀时，流速波动引起阀片的震荡所造成的。
六.多级压缩的工作原理及示功图
气缸排出的压力（绝对压力）与吸入气体的的压力（绝对压力）之比称为压缩比。
入口压力为4Mpa,出口压力为8Mpa,压缩比为8/4=2。
用单级压缩机将气体压到很高的压力，压缩比必然很大，压缩以后的气体温度也会升的很高。
这将会使压缩过程产生以下一些缺陷：
1.压缩过程中产生大量的热量，因受冷却效率的限制，不能及时移走，就使多变压缩曲线原理等温曲线而偏近于绝热压缩曲线，这就增大了动力的消耗。
2.气体温度升高的过快，会使润滑油失去原有的性质（如碳化）而使润滑发生困难，机件造成磨损。
3.压缩比越大，残留在余隙中的高压气体，在吸气膨胀时所占有的气缸容积就愈大，这是压缩机的生产能力大大降低。
4.压缩比过大时，压缩机的活塞，曲轴和连杆等机件的尺寸都需要相应增大，不然就不能适应承受的负荷。
这样使压缩机的造价增高，而且笨重。
由此可见，要将气体压缩到较高的压力，不能采用单级压缩，而应采用多级压缩。
所谓多级压缩，就是用几个气缸，分几次逐步把气体压缩至所需的压力。
在每段压缩后，设置中间冷却器把气体温度冷却至一定温度，再进入下级气缸继续进行压缩。
同时在冷却器后设置油水分离器，分离气体中的冷却水和气缸中带走的润滑油以及残液。
如图示：
用等温压缩的方法，将气体压到更高的压力，可以克服用单级压缩机的缺点，并且能使压缩过程接近等温压缩过程。
但是级数太多，气体经过进出口阀门，中间冷却器和油水分离器也随之增多，所流经的管路也加长，流体阻力损失就要相应增大，而且压缩机的级数越多，构造越复杂，造价越高。
所以压缩机的级数也不宜过高，过多反而得不偿失，一般不超过7级。
通常，大功率的大型压缩机，由于耗功量大这个矛盾比较突出，在这方面要求比较高，因此都采用压缩比较小而级数较多的结构；
小型的间断性的压缩机，耗功量不是主要矛盾，而对构造的简单，轻便的要求比较突出，所以小型的间断性的压缩机，都采用压缩比稍高，而级数较少的结构。
中输气量与大输气量压缩机级数的选择，使各级的压缩比不超过4。
这个限度能使压缩机气缸的温度不致过高，且保证气缸可靠的润滑。
因此，最终压力在20Mpa以上的压缩机，级数都选用5-6级。
多级压缩机压缩比的分配，根据理论计算，以平均分配为省功，但实际上，压缩比的分配一般都随着压力的升高而逐渐减少，原因主要有两个：
1.压力越低，流体阻力所引起的压力损失越大，但这个压力损失受压缩比大小的影响却不大，因此，低压段压缩比越大，压力损失就相对的越少，越有利；
2.高压级设备壁厚，冷却效果差，气体温度不宜升的太高，故压缩比应小一些。
另外，在确定各级的压缩比时，尚需根据机器负荷（活塞力）的均衡情况，将各级的压缩比在允许的范围内作适当的调整。
七.活塞时压缩机的排气流量及影响因素
排气量是压缩机重要的性能参数之一。
不但是工艺生产上的重要指标，而且也是确定机器驱动功率以及机器参数，结构形式和尺寸的重要依据。
所谓排气量单位时间内压缩机最后一级排出的气体，换算到第一级进口状态的压力和温度时的气体容积值。
其单位为米3/小时或米3/分。
压缩机的额定排气量----压缩机铭牌上标注的排气量---是指特定的进口状态（例如进气压力为0.1mpa，温度为20℃）时的排气量。
一.理想排气流量（理论流量）--压缩机理想工作过程所吸入的气体量。
即：
Q理=nv/60米3/秒对单作用压缩机：
V=F.S米3
Q理=n.F.S/60米3/秒对双作用压缩机：
V=（2F-f）.S米3
Q理=n.（2F-f）.S/60米3/秒式中：
F-活塞的面积米2f—活塞杆面积米2
s-活塞的行程米；
n-转数转/分
二.实际流量—压缩机实际排出气体量
Q实=η流Q理；
式中η流—流量系数，一般为0.75～0.90
在实际生产中，影响压缩机生产能力因素有以下几个方面：
1）余隙容积对排气量的影响
当余隙较大时，在吸气式余隙内的高压气体，产生膨胀而占去部分容积，只是吸入的新鲜气体减少，使压缩机的生产能力降低。
当然余隙过小也不利，气缸中活塞容积与缸盖发生撞击而损坏机器，所以，压缩机气缸余隙一定要调整适当。
压缩机吸入气体的体积式上比活塞所经过的统计要小，吸入气体体积v1和投用活塞经过的容积Vs比称为容积系数λ1。
λ1=V1/Vs
式中λ1—容积系数，一般为0.82～0.95
2）泄漏损失对流量的影响
压缩机运转过程中，压缩机的生产能力与活塞环（涨圈），吸入阀门和排出阀门以及汽缸填料的气密程度有很大的关系。
活塞环是用来密封活塞与汽缸之间的空隙的，防止被压缩的气体串漏到活塞的另一侧。
活塞环安装不好或磨损不能完全密封，高压气体便有一部分串漏到活塞另一边，排出的气量减少了，压缩机的生产能力也就降低了。
排出的阀门不严密，则当在缸内进行吸入过程时，出口管中的部分高压气体就会从排出阀不严密处流回缸内。
如果吸入阀门不严密，则在压缩过程中，会有部分压缩气体漏回进口管。
例如压缩机的吸排气阀松动或泄露，吸气阀发热，排气阀发热等。
气缸填料是缸体与活塞杆间的密封，填料的磨损和泄漏，使缸内的气体漏回大气中去。
此处漏气不但降低压缩机的生产能力，还会污染空气影响安全生产。
例如循环氢泄露，大量硫化氢进入空气，严重时导致人员中毒；
新氢泄漏，严重时导致闪爆，燃烧。
气体漏损影响以气密系数λ2表示，一般取λ2=0.95-0.98
3）吸气时，气体的压力对流量的影响
压缩机在吸入过程中，由于过滤器，吸气管和吸气阀的阻力，使吸入压力比大气压力低，所以当压缩时，首先将气体压缩到大气压力，此时气缸的有效容积缩小，使气缸容积不能充分利用，对流量有一定的影响，以系数λ3表示，一般取λ3=0.95-0.98当入口管压力大于大气压力时，λ3=1。
4）吸入气体的温度对流量的影响
压缩机气缸的容积是恒定不变的，但如吸入气体温度愈高，则吸入缸内的气体的密度就愈小，单位时间内吸入气体的质量就减少，影响压缩机的生产能力。
压缩机在夏天的生产能力总是比冬天的低就是这个原因。
在吸气过程中，吸入气体首先和残留在余隙容积内温度较高的压缩气体混合，同时温度较高的缸壁也传热给气体，因此，吸入气体被预热膨胀，降低了吸气量。
以预热系数λ4表示，一般取λ4=0.96-0.98
所以，流量系数：
η流=λ1*λ2*λ3*λ4
七.往复式压缩机的功率和效率
一．压缩机的功率
压缩机在单位时间里所消耗的动力称为功率，常用千瓦，马力计算。
计算压缩机功率时，一般采用等温压缩时的理论功率。
因为它是比较理想的过程。
但在单级压缩机内由于冷却对气体压缩线影响不大，因此，采用绝热压缩时的理论功率来计算。
1.理论功率
1）等温压缩时所需用的功率：
N等=n/75*60P1V1LnP2/P1，马力或=n/102*60P1V1LnP2/P1，千瓦
2）绝热压缩时所需用的功率：
N绝=n/75*60k/K-1P1V1[（P2/P1）K-1/K-1]马力或=n/102*60k/K-1P1V1[（P2/P1）K-1/K-1]千瓦
2.示功功率：
压缩机在单位时间内消耗于实际循环中的功称为示功功率
按下式计算：
N示=P示*F*Sn/75*60马力式中P示---平均式功压力；
F---活塞面积；
S---活塞的冲程（行程）；
n---压缩机转速，r/min
3.轴功率：
轴功率是压缩机转轴上所需要的功率。
由于运动部分的机械损失，所以轴功率比示功功率要大，是示功功率，机械损失和漏损所消耗的功率（N损）之和。
N轴=N示+N损式中N损由于摩擦而消耗的功率。
上述式中除60是将n从（转/分）除102是因为1（千瓦）=102（公斤.米/秒）除75是因为1（马力）=75（公斤。
米/秒）均属于单位之间的换算。
二．压缩功率
1.等温效率：
压缩机等温功率和轴功率η等=N等/N轴
2.绝热效率：
压缩机绝热功率和轴功率η绝=N绝/N轴
3.机械功率：
压缩机的示功功率和轴功率η机=N示/N轴
机械效率η机一般为0.88-0.92（卧式压缩机），0.9-0.93（立式压缩机）0.8-0.85（小型高速压缩机）
4.传动功率：
压缩机功率与原动机（驱动机）功率之比。
η传=N轴/N原η传----------一般为0.95-0.99在选择驱动机械（电动机）额定功率时，应给予10-12%的安全系数
第二部分压缩机的操作与维护
一.压缩机相关操作和说明
1.跑油。
跑油是压缩机运行久或检修后必须进行的一项重要工作。
跑油
的目的在于预先建立润滑油膜防止启动过程中对轴瓦等的划伤或检修后杂质清洗，以及冬季温度较低时防冻防凝的需要，确保机组的安全。
正常规定，在检修后的机组跑油不少于8小时。
跑油时，运泵正常运行（必要时投加热设施），定时盘车检查。
尤其在检修后，跑油完毕，应及时分析润滑油质量（主要是杂质），确认正常后方可进行试机或其他操作。
2.盘车。
盘车的目的是：
防止因重力作用，曲轴发生弯曲变形，造成故障。
盘车要求：
每24小时盘车一次，每次180℃。
盘车的同时必须跑油。
3.氮气置换。
为防止介质气体与空气接触发生爆炸，必须用惰性气体只换掉空气。
或者，由于检修需要只换掉介质。
有时，置换时充气，为机体进行了简单的气密工作。
为防止冲压过快，氮气进机体通常设有孔板截流；
为防止介质气体和氮气串漏，在边界增加双阀合排凝阀监测和隔离。
4.脱液。
是压缩机重要的检查工作过程之一。
由于气体压缩冷凝后，产生较多的液体，如果该液体不及时排除，势必进入下一级汽缸或直接冲击出口阀门，进入系统，导致撞缸等一系列不良影响。
脱液分为自动脱液和手动脱液两种。
自动脱液的工作原理是：
通过风压的作用，用塞型部件将脱液线隔断，当有液时，液位信号传送到电磁阀，电磁阀信号使仪表风卸压，塞型部件在弹性作用下将脱液线联通，液体随之排出脱液罐。
5.气体返回控制。
作为新氢压缩的往复式压缩机，由于氢气量和耗氢量之间是动态关系，随时会出现耗氢增加或减少的问题，往往会导致新氢入口罐压力低或高。
当入口压力降低时，由于出口压力不变（出口压力由循环机带动的系统压力决定），导致出入口压差增大，一级出口温度上升，极低时会迫使机组超出正常运行工况，产生损坏。
为此，往复机通常设计出口返回管线，以弥补入口量的不足。
排出的气体通常在出口止回阀前，通过调节阀降到入口压力，通过DCS自动控制。
6.流量调节/降压启动。
由于工艺生产条件调整，需要将流量调节到某一状态。
由于往复压缩机属于容积式压缩机不允许通过出/入口阀流量限制来实现。
因此必须采用其他方法。
一下介绍三种主要的调节方法（主要针对电机驱动的压缩机）。
7.旁路调解。
通过联通于出入口管线（出入口阀之间）的旁路管线，短路与气阀，并通过旁路阀控制。
当机组降量时，打开旁路阀，压缩气体通过旁路返回入口，达到降负荷和流量的目的。
此种方式必须借助于完好的出口止回阀作用，防止高压气体串回低压部分，引起入口罐超压。
优点结构简单；
缺点，流量调节效果差，如遇止回阀故障，操作相当危险。
8.入口卸荷调解。
通过入口气阀的流量限制，达到降低流量的需要。
通常采用气动式卸荷器，向下压下阀片，使气体在入口阀处联通，不参加压缩，使入口流量下降，出口流量减少。
（必须配合入口压力调节，纺织原料气超压）要求卸荷用空气不应与被压缩气体混合。
同时卸荷设施应有直观可视位置，能清晰观察负荷情况，通常，有风时阀片被压下，负荷位o;
无风时，由于弹簧作用，卸荷压杆复位，阀片正常位置。
此种方法控制流量方便，可以根据需要进行0；
25；
50；
100%的负荷调节，达到需要条件。
通常每台入口阀都加有卸荷设施，以便同时同步操作。
9.余隙容积调节。
由于余隙容积的存在，导致机组效率损失，同时根据这种原理，可以进行流量调节。
及在气缸或缸盖上增加补充容积设施。
一般分为连续，分级和间断的调节。
根据工况的需要可以将压缩机停滞或再次启动满足流量的调解。
二.往复式压缩机启动要点
往复式压缩机的启动必须符合容积是压缩机启动的规律，严格执行有关操作规程。
下面就通常采用的启动方法做一介绍。
一）悉机组规范
二）前准备工作
a）对机组进行全面检查，主机整洁，另附件齐全.
b）检查和备好本岗位使用的各种工具、材料、检测仪器、润滑器具、记录表格、消防器材。
c）配合有关工种进行完与机组自保有关的各项试验和联校;
所有报警、联锁和仪表投用,准确可靠
d）投用循环冷却水和软化水。
1）检查软化水罐液位计指示为70%；
投用自动电加热器，控制水温为40℃
2）打开所有汽缸及填料冷却水上水阀及机身侧上、下水总阀。
3）打开冷却水泵的出入口阀。
4）投用水温控制阀，控制水温45℃
5）检查汽缸及填料看窗回水状况。
f）投用氮封
打开压机氮气总阀及各中体氮封回气至火炬阀，脱油罐排
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