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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。而氧化氮压缩机通常属于三元流结构，流量范围较大，能与空气压缩机的静叶调节相适应，可以满足特殊工艺负荷下的操作要求。
尾气膨胀机作为四合一机组中的关键设备，在双加压法硝酸生产工艺中发挥着至关重要的作用。尾气膨胀机数据通过节流来保证其系统压力，利用压力能和热能进行驱动压缩。其构造是轴流式的设计，与空气压缩机不同的是，尾气膨胀机的静叶是通过分级调节的，通过第一级静叶的调节实现与轴流压缩机静叶同步匹配，满足尾气膨胀机的工作工艺系统需求，能有效提高负荷下运作效率。
汽轮机是用于补充膨胀机回收功与压缩功间亏损的机器，利用化学反应而产生过热蒸汽进行运作，但在汽轮机的起初运行阶段需要借助外源蒸汽进行机器预热，在汽轮机的设计上一定要考虑其过载能力，必须满足在硝酸四合一机组式的硝酸生产工艺过程中不同阶段的操作需要。
2.硝酸四合一机组总体设计特点
硝酸四合一机组总体优化设计是为了保证各单机的转速达到最佳匹配，只有各单机的运行和谐，才能有效提高空气压缩机、氧化氮压缩机以及尾气膨胀机处于较高的运行效率。在设计中要对各单机的参数进行动力学计算，有效调节好工作转速与临界转速的关系，进行组扭振分析，同时还要计算对各单机间的功率平衡，保证机组安全稳定的运行；在联轴器的选择上要慎重，排除各单机间的热膨胀与推力等问题；在静叶的调节上，要注意氧化氮压缩机、空气压缩机以及尾气膨胀机之间第一级静叶的协调设计，保证硝酸工艺处于较为稳定的运行状态；有效地运用迷宫格局进行空气密封，防止氧化氮介质的外泄；定期采用蒸汽对机组进行清洗，及时清洗压缩机内的铵盐残留，保证机组的安全运行。
3.硝酸四合一机组的自动控制安全保护系统
四合一机组是硝酸生产的核心设备，其中任意部件故障都会直接影响到工艺生产，决定着组的运行状态，对形成完备而稳定的硝酸生产工艺过程的自动控制系统至关重要。四合一机组是机组的神核心，自动控制系统主要包括轴运转监测系统、流量串级调节系统以及压缩机防喘振调节系统。除了进行机组运行过程中正常检测的实施，机组的自控系统还有以下特点：
轴运转监测系统是通过振动仪表进行故障诊断的系统，能实现对机组轴系的运行监测，真实反映机组各单机的运转情况，及时提供有效的图表数据，为机组运行的判断提供参考依据。
流量串级调节系统是靠轴流压缩机的静叶来实现的，根据工艺流量需求进行静叶开度的调节，进而发挥流量调节的作用。完成流量调节后，结合当下的流量值还能控制尾气膨胀机的静叶开度，提高膨胀机工作的效率；尾气膨胀机静叶调节流量过程较为特殊，是通过手操器操作，而尾气膨胀机的静叶操作是根据要求自动实现调节与操作的。
为了避免喘振给机组装置发生故障，必须进行压缩机的防喘振调节。压缩机的防喘振调节方式不同于其他系统，当压缩机运行点接近防喘振线时，就会发出喘振预报警，一旦机组运行进入防喘振区域，防喘振阀就会自动开启，发出联锁停机信号，及时地切断氨气进入气阀，并实现机组和装置同时停机。有利于操作人员及时查明原因，重新启动四合一机组，恢复正常的生产与运作。
4. 应用中问题的讨论
4.1尾气膨胀机的调节
硝酸尾气膨胀机的介质压力高、流量小，气体有腐蚀性，机内不会出现固体颗粒；但是在压力低、流量大的情況下，会发生固体颗粒磨损的现象。尾气膨胀机通常属于多级膨胀，机组所选材料必须具备耐硝酸腐蚀的特性。通常是靠尾气膨胀机的节流来建立硝酸装置的系统压力，因此不但要保证尾气膨胀机的通流面积达到正常运行需求，还要考虑到机组部分负荷运行时的节流要求。
4.2硝酸四合一机组特殊阀门的选取
硝酸四合一机组中特殊阀门主要有压缩机的防喘振阀、止回阀，尾气膨胀机的进气切断阀和旁通快开阀等。 压缩机阀门通常选用耐硝酸腐蚀的不锈钢，尾气膨胀机的阀门不仅要满足耐腐蚀要求，还应满足快速开关的功能；另外，进气切断阀在高压、高温下密封要好，防止卡死问题，减少尾气的泄漏量。
5.结束语
双加压法硝酸生产提高了我国硝酸生产的工艺水平，提高了成品酸的浓度；双加压法硝酸生产工艺，能有效降低尾气中氮氧化物浓度，达到环保要求，有效缓解了环境污染。我国应不断加快硝酸四合一机组的技改步伐，优化自动控制安全保护系统，为振兴民族工业做贡献。
参考文献
[1]王全文，曾文平. 硝酸生产技术综述及双加压法的发展前景[J]. 氮肥技术，2008，01：33-42.
[2]周聪勇，邓建平. 四合一透平机组在硝酸工业生产中的应用[J]. 通用机械，2008，04：26-28.
[3]孙立辉. 双加压法稀硝酸生产技术在我国的现状及发展[J]. 氮肥技术，2008，02：41-48.
[4]宋兆玉. 关于四合一机组稀硝酸生产设计及应用的研究[J]. 科技创新与应用，2014，31：116.
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。而氧化氮压缩机通常属于三元流结构，流量范围较大，能与空气压缩机的静叶调节相适应，可以满足特殊工艺负荷下的操作要求。
尾气膨胀机作为四合一机组中的关键设备，在双加压法硝酸生产工艺中发挥着至关重要的作用。尾气膨胀机数据通过节流来保证其系统压力，利用压力能和热能进行驱动压缩。其构造是轴流式的设计，与空气压缩机不同的是，尾气膨胀机的静叶是通过分级调节的，通过第一级静叶的调节实现与轴流压缩机静叶同步匹配，满足尾气膨胀机的工作工艺系统需求，能有效提高负荷下运作效率。
汽轮机是用于补充膨胀机回收功与压缩功间亏损的机器，利用化学反应而产生过热蒸汽进行运作，但在汽轮机的起初运行阶段需要借助外源蒸汽进行机器预热，在汽轮机的设计上一定要考虑其过载能力，必须满足在硝酸四合一机组式的硝酸生产工艺过程中不同阶段的操作需要。
2.硝酸四合一机组总体设计特点
硝酸四合一机组总体优化设计是为了保证各单机的转速达到最佳匹配，只有各单机的运行和谐，才能有效提高空气压缩机、氧化氮压缩机以及尾气膨胀机处于较高的运行效率。在设计中要对各单机的参数进行动力学计算，有效调节好工作转速与临界转速的关系，进行组扭振分析，同时还要计算对各单机间的功率平衡，保证机组安全稳定的运行；在联轴器的选择上要慎重，排除各单机间的热膨胀与推力等问题；在静叶的调节上，要注意氧化氮压缩机、空气压缩机以及尾气膨胀机之间第一级静叶的协调设计，保证硝酸工艺处于较为稳定的运行状态；有效地运用迷宫格局进行空气密封，防止氧化氮介质的外泄；定期采用蒸汽对机组进行清洗，及时清洗压缩机内的铵盐残留，保证机组的安全运行。
3.硝酸四合一机组的自动控制安全保护系统
四合一机组是硝酸生产的核心设备，其中任意部件故障都会直接影响到工艺生产，决定着组的运行状态，对形成完备而稳定的硝酸生产工艺过程的自动控制系统至关重要。四合一机组是机组的神核心，自动控制系统主要包括轴运转监测系统、流量串级调节系统以及压缩机防喘振调节系统。除了进行机组运行过程中正常检测的实施，机组的自控系统还有以下特点：
轴运转监测系统是通过振动仪表进行故障诊断的系统，能实现对机组轴系的运行监测，真实反映机组各单机的运转情况，及时提供有效的图表数据，为机组运行的判断提供参考依据。
流量串级调节系统是靠轴流压缩机的静叶来实现的，根据工艺流量需求进行静叶开度的调节，进而发挥流量调节的作用。完成流量调节后，结合当下的流量值还能控制尾气膨胀机的静叶开度，提高膨胀机工作的效率；尾气膨胀机静叶调节流量过程较为特殊，是通过手操器操作，而尾气膨胀机的静叶操作是根据要求自动实现调节与操作的。
为了避免喘振给机组装置发生故障，必须进行压缩机的防喘振调节。压缩机的防喘振调节方式不同于其他系统，当压缩机运行点接近防喘振线时，就会发出喘振预报警，一旦机组运行进入防喘振区域，防喘振阀就会自动开启，发出联锁停机信号，及时地切断氨气进入气阀，并实现机组和装置同时停机。有利于操作人员及时查明原因，重新启动四合一机组，恢复正常的生产与运作。
4. 应用中问题的讨论
4.1尾气膨胀机的调节
硝酸尾气膨胀机的介质压力高、流量小，气体有腐蚀性，机内不会出现固体颗粒；但是在压力低、流量大的情況下，会发生固体颗粒磨损的现象。尾气膨胀机通常属于多级膨胀，机组所选材料必须具备耐硝酸腐蚀的特性。通常是靠尾气膨胀机的节流来建立硝酸装置的系统压力，因此不但要保证尾气膨胀机的通流面积达到正常运行需求，还要考虑到机组部分负荷运行时的节流要求。
4.2硝酸四合一机组特殊阀门的选取
硝酸四合一机组中特殊阀门主要有压缩机的防喘振阀、止回阀，尾气膨胀机的进气切断阀和旁通快开阀等。 压缩机阀门通常选用耐硝酸腐蚀的不锈钢，尾气膨胀机的阀门不仅要满足耐腐蚀要求，还应满足快速开关的功能；另外，进气切断阀在高压、高温下密封要好，防止卡死问题，减少尾气的泄漏量。
5.结束语
双加压法硝酸生产提高了我国硝酸生产的工艺水平，提高了成品酸的浓度；双加压法硝酸生产工艺，能有效降低尾气中氮氧化物浓度，达到环保要求，有效缓解了环境污染。我国应不断加快硝酸四合一机组的技改步伐，优化自动控制安全保护系统，为振兴民族工业做贡献。
参考文献
[1]王全文，曾文平. 硝酸生产技术综述及双加压法的发展前景[J]. 氮肥技术，2008，01：33-42.
[2]周聪勇，邓建平. 四合一透平机组在硝酸工业生产中的应用[J]. 通用机械，2008，04：26-28.
[3]孙立辉. 双加压法稀硝酸生产技术在我国的现状及发展[J]. 氮肥技术，2008，02：41-48.
[4]宋兆玉. 关于四合一机组稀硝酸生产设计及应用的研究[J]. 科技创新与应用，2014，31：116.