[发明专利]用于压缩空气的系统和方法

说明书

技术领域

申请人的系统和方法涉及压缩机组件和应用，其中诸如在大型低温空气分离单元中需要来自环境空气或其它源的高空气流量。

背景技术

在低温空气分离单元(ASU)中，进料空气传送通过主空气压缩机(MAC)，以获得期望压力。进料空气然后被冷却，并且水蒸气和其它气态杂质诸如二氧化碳被移除。部分或所有进料空气流然后传送到增压空气压缩机(BAC)，以获得期望压力，然后压缩空气流传送到ASU的低温部分，以进行分离。MAC和BAC通常各自包括不止一个压缩级。

高流率处理厂的压缩机典型地包括离心(即，径向)压缩级。离心压缩级包括安装成在成形的壳体内旋转的叶轮，以及扩散器。各个压缩机区段包括用于被压缩的流体的入口和出口。叶轮可布置在多个轴或单个轴上。在使用多个轴的情况下，大直径主齿轮驱动啮合的副齿轮(即，副齿轮轴)，压缩叶轮安装在副齿轮的端部上。如期望的那样，在它们自己相应的壳体内的多个叶轮提供了若干级压缩。主齿轮和啮合的副齿轮通常包含在公共壳体(称为齿轮箱)内。因此，这样的压缩机称为一体齿轮连接的压缩机。啮合的副齿轮可具有不同的直径，以最好地匹配它们驱动的压缩叶轮的速度需求。在任何两个级之间的压缩空气可通过管道连接到外部中间冷却器或传送通过压缩机壳体内部的中间冷却器，压缩空气在其中被冷却，从而减少气体动力消耗。

已知ASU使用多个压缩级来压缩空气，其中的至少一个压缩级由膨胀器涡轮驱动。例如，欧洲专利申请公开No.0 672 877 A1公开了一种低温空气分离单元，其具有三个压缩级，其中的至少一个由两个或更多个膨胀器涡轮来驱动，膨胀器涡轮并联或串联起作用且通过主齿轮联结来驱动一个或多个压缩级。

在图1中显示了ASU中使用的典型的压缩组件。这个组件已经应用于高达550000米³/小时的MAC吸气流率。增压级的数量限于四个。

压缩组件10的主齿轮46由蒸汽涡轮20通过联接件30和45和中间齿轮箱40驱动。MAC级11和BAC级12由主齿轮46驱动。存在三个MAC压缩级(MAC1、MAC2和MAC3)，MAC1和MAC2由第一副齿轮50驱动且MAC3由第二副齿轮60驱动。还存在四个BAC压缩级(BAC1、BAC2、BAC3和BAC4)，BAC1和BAC2由第三副齿轮70驱动，并且BAC3和BAC4由第四副齿轮80驱动。MAC和BAC级的数量反映了要压缩的流体将传送通过级(即，例如流体将接连地传送通过MAC1、MAC2和MAC3)的顺序。

为了改进压缩组件10的总效率，中间冷却器90、100、110、120和130设置在MAC压缩级之间和BAC压缩级之间，以从压缩流体移除热。后冷却器140设置在BAC4的出口处，以将压缩流体冷却到期望流体进入ASU(未显示)时所处的温度。

在使用中，要分离的空气通过空气入口过滤器150(未显示)馈送到第一MAC压缩级MAC1中，典型地压缩到大约0.2MPa(2绝对巴或“bara”)，并且通过管线160离开MAC1，然后传送通过中间冷却器90，之后进入第二压缩级MAC2，以进行进一步压缩。典型地处于大约0.35MPa(3.5绝对巴)的压缩空气然后通过管线170离开MAC2，并且传送通过中间冷却器100，然后进入第三压缩级MAC3。典型地处于大约0.6MPa(6绝对巴)的压缩空气然后通过出口180传送到ASU纯化系统，以冷却和移除水蒸气和其它气态杂质，诸如二氧化碳。

在传送通过ASU纯化系统之后，空气传送到BAC级12，通过入口190进入第一BAC压缩级BAC1且通过管线200典型地以大约1.1MPa(11绝对巴)离开。压缩空气然后传送通过中间冷却器110，以降低温度，并且进入第二BAC压缩级BAC2。空气接连地传送通过BAC2出口管线210(典型地处于大约2MPa(20绝对巴))、中间冷却器120、第三BAC压缩级BAC3、出口管线220(典型地处于大约3.5MPa(35绝对巴))、中间冷却器130和第四BAC压缩级BAC4。典型地处于大约5.5MPa(55绝对巴)的压缩空气然后经由管线230传送通过冷却器140，以便到达期望温度且进入ASU以进行分离。

在ASU中使用了许多其它传统的压缩组件和其变型。这样的组件的一些示例示出在图2至6中。在这些组件中，空气在MAC级中从环境压力压缩到大于5绝对巴的排气压力。需要的排气压力取决于场所海拔、低温循环、热交换器、蒸馏柱、前端、使用的管道等。