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硝酸生产工艺中“四合一机组”相关方面的技术研究作者：胡亮来源：《科学与财富》2016年第01期摘要：本文阐述了硝酸生产工艺中四合一机组中各单机的技术特点和总体设计特点，并对实际应用中存在的问题进行了讨论，指出了应用四合一机组的现实意义。
关键词：硝酸生产；四合一机组；技术特点；设计特点；应用随着双加压法的硝酸生产工的发展，硝酸四合一机组成为硝酸生产工艺的核心设备。
我国在80年代就开始使用加压法工艺进行硝酸生产，硝酸生产水平逐渐提高。
硝酸四合一机组由空气压缩机、氧化氮压缩机、尾气膨胀机和原动机汽轮机组成，其工作机理是利用空气压缩机将空气压缩后，与氨气混合后进入氧化炉燃烧反应生成氧化氮，经过换热冷却后进入氧化氮压缩机进行再次压缩，然后进入吸收塔生成硝酸，逸出的气体进入尾气膨胀机处理后排入大气。
而双加压法硝酸生产工艺的决定性因素就是硝酸四合一机组，我国正在努力不断探索出适合我国硝酸生产的四合一机组。
1.硝酸四合一机组中各单机的技术特点硝酸四合一机组的主要特点是能量自给自足，在进行双加压法硝酸生产工艺的过程中必须遵循高效节能的原则进行选型，压缩机具有较宽流量调节范围，能有效控制工艺系统的能量平衡，能适应变化的工艺操作。
在进行流量调节时，要将压力波动维持在较低的范围，不仅要保证达到硝酸生产的压力标准，还应控制排放尾气中氧化氮的含量达到环保要求。
利用空气压缩机进行硝酸生产的原材料是空气和氨，现在通常采用轴流压缩机作空气压缩机，相比离心压缩机，轴流压缩机具有较高的多变效率，有效降低了压缩功耗。
轴流压缩机的结构科学，采用全静叶可调布局，能满足变工况操作，它与汽轮机变转速调节相结合利用，能适应特殊工艺的操作要求，比如启动部分负荷操作作业。
当进气量低于某标准时，氧化氮压缩机通常采用离心压缩机，离心压缩机的内部结构比较通畅，多为充空气密封结构，能有效防止铵盐结晶，保证生产过程的流畅性；压缩机轴封采用迷宫，有利于确保工艺介质的严密性，维持较优的生产环境。
双加压硝酸“四合一”机组安装调试及运行经验摘要本文主要介绍了双加压硝酸“四合一”机组的安装、试车、调试工作，分析了大型压缩机组在安装、试车调试以及运行过程中各个环节主要存在问题，并提出相应的解决方案。
关键词硝酸；双加压法；“四合一”机组；安装1 “四合一”机组简介笔者2007年参与了新疆天利高新7.5万t/年己二酸工程项目建设，其中硝酸工段的核心设备“四合一”压缩机组由陕鼓制造，采用双加压法制备硝酸。
“四合一”压缩机组是该项目同类设备中最大的压缩机组，也是该装置的关键设备。
双加压法是制备硝酸中一种比较先进的生产工艺，具有设备结构紧凑、生产工艺先进、生产效率高、节能效果明显以及生产安全可靠的优点。
“四合一”机组是关联工艺前后过程，向系统提供和从系统回收能量的核心设备，通过该设备，硝酸生产的过程中的主要动力消耗将完全实现系统自行提供，并略有富裕外输。
正常运行时不需要外供蒸汽，汽轮机仅用于机组的起动和非正常工况。
“四合一”机组的使用在使得工艺流程前后的四个过程组合在一起完成的同时，也使得双加压法硝酸装置显得更加的简洁和完善。
双加压法硝酸生产中所用的“四合一”机组是由汽轮机、氧化氮压缩机、空气压缩机、尾气膨胀机以及减速箱组成。
汽轮机为凝汽式，氧化氮压缩机一般为3级离心式，空气压缩机可采用14级动、静叶可调轴流式，尾气膨胀机为第1级静叶可调4级轴流式，机组的布置如图1所示。
2 “四合一”机组的安装及试车调试2.1 机组的安装由于机组的转速高且功率大，其安装、调试工作是一个相对较庞杂的工程，因此在机组的安装前应根据机组的构成以及运行原理等，制定了一个详细的安装方案和施工过程的统筹计划。
在施工人员方面，挑选了技术水平高，具有丰富的作业经验的技术人员、施工人员，组成了一个施工能力较强的队伍，保证了高质、高效的施工过程。
在施工工程中，做到了精心组织、合理安排、同时严格要求，确保机组的安装质量。
机组的整个安装过程大致可以分为：设备验收进场→基础验收、复测→凝汽器安装→润滑油调节油站及其附属设备安装→汽轮机底座安装、找正→联合底座安装、找正→汽轮机安装→氧化氮压缩机安装→齿轮箱安装→轴流压缩机安装→尾气透平安装→两级射汽抽气冷凝器安装→密封气加热器、空气加热器安装→放空消音器安装→高位油箱安装→附属管道、设备安装→仪电控制系统安装→控制系统调试→管路试压→吹扫清理→油循环→单机试车→中交。
2018年11月稀硝酸“四合一机组”设备和管道布置设计要点荣守朋(中海油石化工程有限公司,山东济南250101)摘要：在现代工业硝酸的生产中，双加压法是大中型规模生产稀硝酸的主要工艺，其生产成本较低并且氮氧化物转化率高，能量利用合理。
稀硝酸装置的核心设备就是“四合一机组”，是整个装置的“心脏”。
机组的设备和管道的合理布置显得尤为重要。
本文将对稀硝酸装置“四合一机组”的设备和管道布置设计要点进行重点的探讨，以满足生产工艺的需要。
关键词：稀硝酸；四合一机组；设备布置从工艺系统角度来讲，利用氨氧化生产稀硝酸需要经过氨氧化、氮氧化物气体压缩、酸吸收三个过程，化学反应为放热、减压过程，在加压的条件下更有利于化学反应的进行。
通过放热反应产生的热量提供气体压缩机做功的能量，结余的能量通过蒸汽排除后达到能量的平衡，将空气压缩机、氧化氮压缩机、尾气透平、汽轮机串联在一起，共同利用能量，提高整体机械效率，由此产生了“四合一机组”的概念。
1稀硝酸四合一机组的布置方式1）作为机组的动力源，蒸汽透平和尾气透平分别布置在整个机组的两端，氧化氮压缩机和空气压缩机布置在中间，彼此通过齿轮箱链接和传递能量。
2）为保证汽轮机的做功需要，将凝气器布置在汽轮机正下方，经工艺严格计算确定抽气设备的安装高度，以保证真空度。
在运行时，氧化炉产生大量的蒸汽，蒸汽经汽液分离器后送至汽包[1]，通过这样的方式能够将资源进行循环的利用，避免热量的挥发。
3）为在紧急停车情况下对汽轮轮机的保护，油站及高位油箱应布置在汽轮机侧，以保证事故状态的下汽轮机的用油，做到本质安全。
4）氧化氮压缩机进口分离器与机组拓开布置，利于气液分离和设备检修；防喘振设备布置在压缩机附近，有效防止机组喘振。
5）四合一机组基础独立于厂房设置，避免机组震动对厂房结构的影响，在厂房内设置机组检修和操作区域，留有机组吊装空间，设置专用检修行车。
如图：2管道布置设计的要点四合一机组相关管道均为压力管道，管道的振动、热应力等因素使其在设计、使用过程中危险系数非常高，设计人员在设计的阶段需要重点考虑管线布置，做到最大化安全设计。
硝酸装置四合一机组仪表的安装与调试摘要：平顶山硝酸装置的四合一机组，是我们进行硝酸装置的第一个机组的安装，这是本人在进行四合一机组安装的一点施工经验，希望为今后的类似项目的施工提供借鉴。
在我公司施工的多套装置中，我发现机组到货时都配备有很多随机仪表,如：已二胺装置的压缩机、硝酸装置的四大机组，这些大型设备，厂家都有单独的一套控制系统，如有独立的控制盘、独立的控制系统(PLC)、自带的现场仪表，尤其是仪表位号和设计单位仪表位号完全不同，因此用设计图纸来安装随机仪表，往往找不到大小头。
我们在平顶山2#硝酸的四合一机组的施工过程中，随机的设计资料数量少，甲方不能给我们完整的一套。
所以新上任的技术员往往不能很好的指导安装工作，现在就随机仪表的安装与调试做个技术总结。
也给大家一个参考。
硝酸装置是我公司最近几年干的比较多的一个项目，四合一机组是硝酸装置的重点和难点，当然也是近几年才在各装置中广泛应用。
四合一机组，是将原来各自独立承担压缩任务的机组合并一起，通过过程连接，节约能源和占地面积，用前一机组的尾气来驱动下一机组。
但安装工作就相当麻烦，就不说设备安装环环相扣，安装精度要求高，就是仪表安装的配合就相当麻烦。
四个机组供货一般不是一个厂家，像平顶山2#硝酸，是四川和西安两个厂家供货。
而每个厂家都有他们的随机仪表，就地控制盘，并且仪表位号往往与设计单位的仪表编号不统一，而又自称系统。
在运行过程中，这些设备，互相牵扯，前一机的温度，就影响下一机的运行，前一机的出口压力，就能造成下一机组的跳车。
这样就造成随机控制机组的仪表多而凌乱，逻辑关系复杂。
所以我们对四合一机组的安装与调试工作一定认真、细致，做到100%合格。
1 开箱验货和仪表设备的保存安放这个工作一般和设备专业工程师、甲方和监理单位一起进行。
首先确认有没有发货单，如供货商把发货单直接给甲方的，就直接开始按装箱单验货。
如果没有发货清单，开箱后先找装箱单。
有了装箱单就按照装箱单把货物一一清点，清点过程中要进行外观检查，看有没有损坏和缺少，材质是否正确。
36万吨/年高效宽工况硝酸四合一机组技术使用计划方案一、实施背景硝酸是重要的化工原料，广泛应用于化肥、染料、炸药等行业。
在生产过程中，硝酸的制备是一个关键的环节。
传统的硝酸制备工艺中，需要使用多个设备，如吸收塔、蒸发器、冷却器等，造成设备投资和能源消耗较高。
为了提高硝酸生产的效率和降低成本，需要采用高效宽工况硝酸四合一机组技术。
二、实施计划步骤1.设计方案：制定高效宽工况硝酸四合一机组的设计方案，包括设备选型、工艺流程、控制系统等。
2.设备采购：根据设计方案，采购适合实际生产需要的设备。
3.安装调试：对采购的设备进行安装和调试，确保设备运行正常。
4.生产试运行：进行生产试运行，检验设备的稳定性和生产效率。
5.优化调整：对生产过程中出现的问题进行优化调整，提高生产效率和产品质量。
三、工作原理高效宽工况硝酸四合一机组技术是将传统硝酸制备工艺中的吸收塔、蒸发器、冷却器等设备合并为一体，实现硝酸制备的全流程自动化。
该技术采用高效的吸收塔和蒸发器，可以在保证产品质量的同时，大幅降低能源消耗和设备投资。
四、适用范围高效宽工况硝酸四合一机组技术适用于各种规模的硝酸生产企业，特别是对于需要大量硝酸的行业，如化肥、染料、炸药等。
五、创新要点1.设备合并：将传统硝酸制备工艺中的吸收塔、蒸发器、冷却器等设备合并为一体，实现硝酸制备的全流程自动化。
2.高效技术：采用高效的吸收塔和蒸发器，可以在保证产品质量的同时，大幅降低能源消耗和设备投资。
六、预期效果高效宽工况硝酸四合一机组技术的实施，可以实现硝酸制备的全流程自动化，提高生产效率和产品质量。
同时，该技术可以大幅降低能源消耗和设备投资，降低生产成本，提高企业竞争力。
七、达到收益1.提高生产效率：通过实施高效宽工况硝酸四合一机组技术，可以实现硝酸制备的全流程自动化，提高生产效率。
2.降低生产成本：该技术可以大幅降低能源消耗和设备投资，降低生产成本。
3.提高产品质量：采用高效的吸收塔和蒸发器，可以保证产品质量。
硝酸工艺优化及效果摘要：社会的迅速发展，使得社会对各种产品的需求越来越大。
作为社会产品的重要组成的化学产品而言，社会时代的向前也使得对化学产品的需求也是越来越大。
而且对化学产品的质量的要求也是越来越高。
而硝酸作为化学里面最重要的一种化学试剂也开体现这其重要的价值。
可是硝酸的工艺已经不能满足社会发展的需要了。
所以对于硝酸工艺的更新是势在必行同样也是时代的要求。
本文就从硝酸工艺过程控制进行分析探讨，而提出了工艺的优化希望其效果能给硝酸工艺的发展提供一些帮助。
关键词：硝酸工艺过程控制优化效果硝酸在我国60 年代开始生产，硝酸采用的都是i 型气动单元组合仪表的生产线。
但是现在看来这种i 型气动单元组合仪表的特点功能单一、性能差而且精度低还不可靠，所以由其因构成的硝酸工艺的仪表控制系统不仅落后而且还达不到硝酸工艺的设计基本能力。
另外，由于硝酸工艺过程中氧化和压缩两个工序的复杂和特殊性，我国之前的硝酸工艺仪控系统已经无法满足现在硝酸生产的要求。
而且由于以前的硝酸工艺不仅导致了硝酸的工艺过程不稳定，和氧化效率低，以及能源耗费大而且还对还硝酸工艺设备的安全有极大的威胁。
不仅如此，这还导致了硝酸工艺人员的劳动强度大以及硝酸工作环境恶劣，这对工人的身心安全也有极大威胁，所以硝酸工艺的优化是有其极大的现实意义的。
一、硝酸工艺的优化内容1.硝酸工艺的装置的优化对于硝酸工艺这种化工工艺来说，装置是其最重要的一部分，好的装置才能够有好的产品。
对于硝酸工艺来说，对于现在的硝酸工艺的装置的优化可以从双加压工艺装置和新型的高压反应釜来进行优化。
对于硝酸工艺的双加压工艺装置来说，第一，主要可以引进国际先进的450 吨/日双加压法稀硝酸装置，可以对其核心传动设备改用德国的ghh的四合一机组，而提高设备的技术水平。
第二，那就是把硝酸工艺中传统使用的触媒为铂、铑、钯的平织铂网和针织铂网的改成国际领先水平的硝酸工艺中的德国制造的ftc 系列铂网催化剂，而克服硝酸工艺的氨氧化率低，气体温度高、铂网冲击大以及机械损耗大等缺点，第三那就是新增放空氨管而能够达到点火安全性能大大提高。
目录1编制说明 (1)2编制依据 (4)3主要施工流程 (4)4施工准备 (5)5开箱检验 (7)6设备基础验收、处理 (8)7机组安装 (10)8设备的拆检、组装 (15)9干气密封及轮毂安装 (24)10附属机器、设备安装 (26)11附属管道安装 (28)12油系统的安装、拆检、冲洗 (29)13机组试车 (36)14质量保证措施 (39)15安全技术措施与文明施工 (42)16施工机具及技措用料 (45)1编制说明1.1适用范围本方案适用于湖北三宁化工股份有限公司15万吨/年稀硝酸项目稀硝酸装置四合一机组设备及其附属设备、管道安装工程施工方案。
1.2工程概述1.2.1机组组成本工程中硝酸四合一机组由轴流压缩机、氧化氮压缩机、尾气透平、汽轮机、齿轮箱和联轴器组成，并配套有辅机，包括润滑调节油站、高位油箱、消声器和阀门等。
其中，轴流压缩机、氧化氮压缩机、尾气透平由西安陕鼓股份有限公司制造，汽轮机由杭汽股份有限公司制造。
具体布置如下图所示：旋转方向：从汽轮机端看：汽轮机、氧化氮压缩机逆时针方向旋转；轴流压缩机、尾气透平顺时针方向旋转。
机组工作转速：高速轴/低速轴：9240/8145.8 r/min1.2.2机组的布置蒸汽轮机 NOx 压缩机 齿轮箱 轴流压缩机 尾气透平1.2.2.1四合一机组布置在厂房内a厂房为双层布置，机组布置在二层平台上。
b四合一机组共用一套润滑调节油系统，润滑调节油站布置在一层地面上，高位油箱布置在厂房内标高约为15m的平台上。
1.2.2.2机组布置形式为：蒸汽轮机+氧化氮压缩机+齿轮箱+轴流压缩机+尾气透平1.2.2.3机组布置图四合一机组立面图1.2.2.4机组主要特点a本机组汽轮机配带单独底座，氧化氮压缩机+齿轮箱+轴流式空气压缩机+尾气透平共用一个联合底座。
b汽轮机与NOx压缩机、NOx压缩机与齿轮箱、齿轮箱与轴流压缩机之间采用膜片联轴器，轴流压缩机与尾气透平之间使用刚性联轴器。
硝酸生产中的四合一机组的设计与应用
摘要四合一机组是硝酸生产中的主要设备，机组的好坏直接影响了硝酸生产的效率，其控制与联锁保护较为复杂。
本文对硝酸装置中的四合一机组的各部分进行了介绍，对系统的设计模块及设计做了详细的陈述。
对于大型机组的安全保护尤其的重要。
ITCC（综合汽轮机及压缩机控制）系统是针对机组参数监测、控制、安全保护专门设计的综合性控制系统。
关键词ITCC；紧急停车；联锁；防喘振功能；四合一机组
0引言
在化学工艺上可以了解到，利用氨氧化生产硝酸需要经历三个化学反应过程：氨的氧化、氧化氮的氧化和亚硝酸气体的吸收。
根据化学方面的知识可以了解到，以上的三个化学反应都是较强的放热反应，而且在加压的条件下更有利于反应的进行。
因此，可以通过化学反应放出的热量和回收尾气排放的能量来维持整个硝酸生产中气体压缩机的动力消耗，此外剩下的能量由蒸汽排出，以此来达到系统能量的平衡。
通过压缩机组合的概念，由此产生了“三合一机组”、“四合一机组”等的概念[1]。
现在使用较多的一种压缩机组是将驱动机蒸汽压缩机和尾气膨胀压缩机与生产机空气压缩机和氧化氮压缩机组合在一起，形成一个机组。
通过这样的组合，将它们的能量一起共用，能够提高机械效率。
另外一种机组情况就是用电动机或者燃气压缩机取代蒸汽压缩机与空气压缩机、氧化氮压缩机和尾气膨胀压缩机组合在一起，形成“四合一机组”的概念。
ITCC系统是一套集压缩机的透平调速控制、防喘振控制、抽气控制、自保联锁逻辑控制为一体的综合控制系统。
1 机组结构及数据
四合一机组的流程与布置主要是依赖于硝酸生产工艺的要求，四台机器可以设计成同轴线同转速或者设计成不同轴线不同转速，其驱动机可以设在端头，也可以设在端尾。
硝酸四合一机组就是一个典型的能量自给自足型的机组，在各机组设计与选型中都必须遵循节能、环保、高效的原则。
下面来具体介绍各部件的结构。
1.1 空气压缩机
在四合一机组中，空气压缩机主要是用来进行氨氧化和氮氧化的空气压缩，来实现空气的升压。
在压缩机的选型方面，由于综合加压工艺和双加压工艺的不同，升压的幅度较低，一般多采用轴流式压缩机。
对于轴流部分的转子叶片，一般采用反动式，这样可以调节增压的速度和效率的高低。
为了适应气流的波动，静叶角度可以设计成部分可调和全部可调的形式，其调整的驱动器一般设置成液压的形式。
1.2 氧化氮气体压缩机
四合一机组中的氧化氮压缩机主要是用于将氨氧化反应生成的氧化氮气体汇合氧化用空气压缩到吸收操作过程需要的压力。
为了满足压力要求，一般采用离心式压缩机。
对于氧化氮气体压缩机的气流结构有一个注意的部分，尽可能减少死角。
这是由于氧化氮气体与空气混合后在压缩过程中，既有NO生成NO2的反应，又有N2O4的分解反应，而后者属于吸热，影响比较大。
这样不仅会导致实际的排气温度比理论计算的数值低，而且还会在金属壁或者在死角处沉积铵盐。
由于铵盐结晶的过程会使体积膨胀，这样会造成腔体中隔板的变形，影响叶轮的旋转。
在叶轮的选择方面，应该优先采用铸造叶轮，以提高设备的抗腐蚀性。
1.3 尾气膨胀压缩机
在四合一机组中，尾气膨胀压缩机得作用主要有：一是回收硝酸生成过程排放尾气的能量；二是为空气压缩机和氧化氮压缩机提供一个驱动器[2]。
根据实际的需要，可以将尾气膨胀机设计成单级或多级膨胀，其叶轮可以设计成冲动型和反动型或者两者混用。
在膨胀机的进出口配有专门的调节阀，用此来调节气量的变化，从而提高设备的效率。
1.4 蒸汽压缩机
在四合一机组中蒸汽压缩机为机组的正常运行提供了源动力，尤其是当设备开机启动，尾气膨胀机还不能工作时，蒸汽压缩机为机组提供了所需能量的85%，这个在蒸汽压缩机设计时，尤其的重要。
蒸汽压缩机的气源一般都来自于硝酸生产过程中产生的热源。
2 ITCC系统介绍
ITCC（Integrated Turbine Compressor Control system）系统是三重冗余综合控制系统。
该系统具有调速控制、防喘振控制、透平转速超调保护、ESD联锁保护等功能[3]。
ITCC系统的硬件核心是基于三重冗余容错结构的控制器，数字量输入信号在DI模块中被分成3路，分别送给3个CPU，在CPU之中进行“三取二”表决，分别通过3 条I/O总线送到DO模块，在DO模块中通过“方形表决电路”再次表决后, 输出到现场执行器；模拟量输入信号在A I模块中也被分成3路信号，通过A /D转换器转换成12位的数字量，然后采用选中值的算法纠正分电路中的偏差，其中输出信号经过选择器之后，输出到控制阀进行相应的控制。
ITCC系统和传统DCS等控制系统相比，主要优点为：基于SIL3级可靠的硬件平台、系统的扩性适应单机组或多机组控制、调速、防喘、负荷协调控制、灵活的机组控制软件包，如机组公用软件包、防喘振控制软件包、调速软件包。
3 T6300控制系统设计
T6300是罗克韦尔ICS Triplex公司的ITCC控制系统，T6300的应用程序采
用IEC 1131 TOOLSET软件编制，为提高控制系统运行的安全性，机组控制系统与DCS系统的控制单元之间相互独立，并且分别安装在不同的控制机柜内，机组控制系统独立完成安全控制任务，与DCS系统互不影响。
控制单元（控制站）、操作员站都直接连接在系统的高速通讯网络（冗余以太网）上。
连接在网络上的设备，可以在站与站之间进行数据交换，并且不分主站和从站。
机组控制系统可通过标准OPC或Modbus口与第三方产品（如DCS、Bently 3500）通讯，并且支持光纤形式，重要信号参数（如联锁信号、压缩机组负荷信号）则通过硬接线连接。
机组机械保护系统Bently 3500的监视信号通过Modbus通讯从3500传送到机组控制系统里，联锁信号通过硬接线从3500的输出I/O端子接至压缩机组控制系统。
机组控制系统之间以及与主装置DCS之间应有数据通讯，通讯安全可靠。
压缩机组调速控制系统能接受DCS（主装置的控制系统）所给定的压缩机负荷信号。
T6300系统软硬件均通过IEC61508 SIL3级和TUV AK6级安全认证。
T6300保证系统在内部出现故障的状态下，仍能正确地执行程序。
系统所有的模块均能在线热更换。
这种设计使得T6300系统可以保持100%在线。
T6300被用来处理各种实时的、复杂的、危险的生产过程，包括监测现场信号、执行逻辑运算、PID 控制、输出控制信号以驱动现场执行机构。
这种高级的控制系统大大提高了四合一机组的安全性和可用性，下面将控制系统的设计做一下简要的说明。
3.1 防喘振功能设计
如果工作人员对机组操作不当或设备管道故障，机组的压缩机会发生喘振，这样会严重损坏机组，影响机器的寿命。
因此防喘振控制是机组中一个重要的安全控制。
将防喘振控制切入到系统中，可以根据工作点运行的情况结合防喘振曲线，实时的控制喘振阀的动作。
当喘振发生时，可以通过对入口补充回流量来解决问题。
具体的方法是通过对应的防喘振阀门开始向打开的方向动作，使对应出口的压缩气体回流到对应的入口处，这样通过增加入口的气流来使机器回落到正常的工作区域内，这样就达到了防喘振的目的。
