[發明專利]用于壓縮并冷卻低溫空氣分離設備中的進料空氣流的系統和裝置

在審

• 申請號: 201680058838.3
• 申請日: 2016-06-08
• 公開（公告）號: CN108139147A
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: C·L·施瓦爾茨;A·F·阿卜杜勒瓦哈卜;L·J·羅斯;G·W·亨茨勒;H·E·霍華德;T·J·克洛維
• 申請（專利權）人: 普萊克斯技術有限公司
• 主分類號: F25J3/04
• 分類號: F25J3/04;F04D25/06;F04D17/12;F04D27/02
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 徐舒

本發明提供了一種用于使用串聯控制的至少兩個變速壓縮機直接驅動組件來進行進料空氣流壓縮的系統和裝置。第一變速驅動器組件直接驅動低壓壓縮機中的至少一個壓縮級，而第二變速驅動器組件直接驅動設置在空氣分離設備的通用空氣壓縮系統或分體式空氣壓縮系統中的高壓壓縮級。所述第一變速驅動器組件和所述第二變速驅動器組件優選為高速變速電動馬達組件，每個所述電動馬達組件均具有馬達主體、馬達外殼和馬達軸，所述馬達軸具有通過犧牲性剛性聯軸器直接且剛性地聯接到所述馬達軸的一個或多個葉輪。

技術領域

本發明涉及低溫空氣分離設備中進料空氣流的壓縮，并且更具體地涉及使用串聯控制的至少兩個直接驅動壓縮組件來壓縮進料空氣流的方法。

背景技術

低溫空氣分離是非常耗能的過程，因為需要生成高壓、溫度非常低的空氣流和驅動該過程所需的大量制冷。在典型的低溫空氣分離設備中，進料空氣流穿過主空氣壓縮機(MAC)布置以獲得期望的中間排放壓力和流量。在這種壓縮之前，通常經由空氣過濾器將灰塵和其他污染物從進料空氣流中去除，該空氣過濾器通常設置在吸氣過濾器外殼中。過濾的空氣流在多級MAC壓縮布置中被壓縮，通常壓縮到約6巴的最小壓力并且通常在更高的壓力下進行壓縮。然后將經壓縮的進料空氣流在預純化單元中純化以從進料空氣流中去除高沸點污染物。此類預純化單元通常具有吸附床以吸附諸如水蒸汽、二氧化碳和烴類的污染物。在許多空氣分離設備中，經壓縮純化的進料空氣流或其部分在一系列增壓空氣壓縮機(BAC)布置中被進一步壓縮到更高的排放壓力。在傳統的空氣分離設備中，MAC壓縮布置位于預純化單元的上游，而BAC布置位于預純化單元的下游。

然后將經壓縮或經進一步壓縮純化的進料空氣流冷卻并在多個蒸餾塔中分離成富氧餾分、富氮餾分和富氬餾分，這些蒸餾塔可包括高壓塔、低壓塔以及任選地氬塔(未示出)。如上所述，在此類蒸餾之前，經壓縮預純化的進料空氣流通常被分成多個經壓縮預純化的進料空氣流，其中的一些或全部隨后被送至多級BAC壓縮布置以獲得煮沸由蒸餾塔系統產生的氧所需的期望壓力。包括任何進一步壓縮預純化的進料空氣流的多個經壓縮預純化的進料空氣流然后在初級換熱器或主換熱器內被冷卻至適于在蒸餾塔系統中進行精餾的溫度。在初級換熱器中冷卻多個進料空氣流的源通常包括由蒸餾塔系統生成的一種或多種廢物流以及由冷渦輪和熱渦輪布置生成的任何補充制冷，如下所述。

然后將多個經冷卻壓縮的空氣流引導至雙塔或三塔低溫空氣蒸餾塔系統，該系統包括與低壓塔熱連接或聯接的高壓塔和任選的氬塔。在進入高壓塔和低壓塔之前，任何液態空氣流都可在焦耳-湯普森閥中膨脹，以產生用于產生低溫產物(包括液氧、液氮和/或液氬)所需的進一步制冷。

在設計用于產生大量液態產物(諸如液氧、液氮和液氬)的空氣分離單元中，必須提供大量的補充制冷，通常通過使用上述焦耳-湯普森閥、冷渦輪布置和/或熱再循環渦輪布置。冷渦輪布置通常被稱為下塔渦輪(LCT)布置或上塔渦輪(UCT)布置，其用于向雙塔或三塔低溫空氣蒸餾塔系統提供補充制冷。另一方面，熱再循環渦輪(WRT)布置利用所得的排氣流在熱渦輪膨脹機中膨脹制冷劑流，通過制冷劑流的膨脹進行冷卻，通過在初級換熱器中或在輔助換熱器中與預純化的壓縮進料空氣進行間接熱交換，為低溫空氣蒸餾塔系統提供補充制冷。

在LCT布置中，一部分預純化的壓縮進料空氣在BAC壓縮布置中被進一步壓縮，在初級換熱器中被部分冷卻，然后將該進一步壓縮并部分冷卻的流的全部或一部分轉移到渦輪膨脹機，該渦輪膨脹機可操作地聯接到壓縮機并且驅動壓縮機。然后將膨脹的氣流或排氣流引導至雙塔或三塔低溫空氣蒸餾塔系統的高壓塔。通過轉移流的膨脹而產生的補充制冷由此被直接施加到高壓塔，從而減輕了初級換熱器的一些冷卻負荷。

類似地，在UCT布置中，一部分純化的壓縮進料空氣在初級換熱器中被部分冷卻，并且然后將該部分冷卻的流的全部或一部分轉移到熱渦輪膨脹機，該熱渦輪膨脹機也可操作地聯接到壓縮機并且驅動壓縮機。然后將來自熱渦輪膨脹機的膨脹的氣流或排氣流引導至雙塔或三塔低溫空氣蒸餾塔系統中的低壓塔。通過排氣流的膨脹而產生的冷卻或補充制冷由此被直接施加到低壓塔，從而減輕了初級換熱器的一些冷卻負荷。