二氧化碳壓縮機的案例
二氧化碳壓縮機段間冷卻器和分離器及管道內氣體發生閃爆原因分析
尿素裝置打開入口閥引二氧化碳前未進行氮氣置換操作，也未進行取樣分析。
4整改措施及運行效果
4.1整改措施
1）尿素裝置二氧化碳壓縮機入口電磁閥前管道上加裝放空閥和取樣閥，用于置換和取樣分析。
2）合成氨裝置及二氧化碳壓縮機停用后，必須用氮氣對二氧化碳凈化及壓縮機系統的設備、管道進行置換，并取樣分析，氫氣含量低于氫氣在空氣中的爆炸下限的25%后停止置換，避免氫氣聚集形成爆炸性氣體。
3）再次啟動二氧化碳壓縮機前，必須在二氧化碳壓縮機入口電磁閥前取樣閥對管道內氣體進行取樣分析，氫氣含量低于氫氣在空氣中的爆炸下限的25%后方可將二氧化碳氣體引入二氧化碳壓縮機。
4）對涉及氫氣等爆炸性氣體的設備、管道使用的靜電線、接地線進行檢查，確保運行良好，起到消除靜電作用。
5）二氧化碳氣體中少量氫氣聚集閃爆事件發生后，公司高度重視，組織人員舉一反三，全面排查隱患，做到安全生產。要求主管二氧化碳壓縮機的工程師在啟、停設備時親自確認壓縮機內部氣體的組分。壓縮機啟、停操作規程中明確取樣分析的位置、時間、責任人。公司要求全員重視設備內氣體的組分監控，提高工藝人員和設備人員的責任感，杜絕爆炸三要素（可燃物、助燃物、點火源）同時存在。
4.2運行效果
以上措施實施后，二氧化碳壓縮機的段間設備及管線都能進行置換及取樣分析，消除了形成爆炸性氣體的隱患。2021年1月27日再次啟動二氧化碳壓縮機，嚴格控制壓縮機、分離器、管道內二氧化碳氣體中的氫氣含量在爆炸下限25%以下，壓縮機順利投入運行，機組的振動、位移、溫度均正常。二氧化碳壓縮機實現安全運行，為公司生產穩定運行奠定了基礎。
展開 非設計工況下超臨界二氧化碳燃氣輪機底循環的軸配置分析比較
非設計工況下超臨界二氧化碳燃氣輪機底循環的軸配置分析比較
來源：SoftInWay
發表于2020 CITC 第四屆中國國際透平機械學術會
第四屆中國國際透平機械學術會官網：http://citc.turbomachinery.net.cn/
SoftInWay官方網站：https://www.softinway.com/cn/
聯系我們：china@softinway.com
摘要：在資源日益匱乏且電廠的規模日益受到控制的當今世界中，聯合循環的底循環正引起人們的真正興趣。在不燃燒更多燃料的情況下降低煙氣溫度和提高發電量無疑是非常有吸引力的。從大量論文中可以看出，在利用GTU（燃氣輪機裝置）廢氣增加發電方面，底循環工質使用sCO2（超臨界二氧化碳）是極有意義的，但是由于廢氣的殘留溫度相當高，因此所考慮的這種循環仍有一定的額外發電潛力。為了達到這種潛能，sCO2循環循環結束后的廢氣殘留溫度應盡可能低，而這些循環的熱效率應盡可能高。考慮到這一點，作者在2015年對各種不同的sCO2底循環結構配置進行了研究，甚至提出了復合循環的概念，其中將諸如sCO2回熱循環與sCO2再壓縮或再熱循環以及其它組合結合在一起。在該研究中，發現了復合循環的最佳配置。該循環配置具有兩個壓縮機和透平，其中一個組合是與發電機共用同一根軸但尚未研究該軸配置的最佳性。
本次研究的重點是基于數字孿生概念，考慮不同軸配置的熱力循環以及葉輪機械部件在非設計工況時的聯合優化。所考慮的底循環發電裝置（PGU）的熱源是GE LM6000-PH DLE型號燃氣輪機。 該PGU是一種具有高熱回收率的復合sCO2循環。
展開 鄭州大學橡塑模具團隊《Nano Energy》：在超臨界二氧化碳發泡（scCO2）技術制備高性能摩擦納米發電機方面取得進展
本研究開發的基于無皮層TPU發泡薄膜的摩擦納米發電機具有良好的柔性、耐磨性、優異的輸出性能、極強的性能穩定性等優點，輸出性能隨著表面泡孔尺寸的減小逐漸增大。研究還驗證了接觸分離式摩擦納米發電機中多孔結構與表面互補結構在增強發電性能中的重要作用。制備的基于TPU多孔膜和PDMS膜的納米發電機可獲得260 V的最高輸出電壓和46 μA的輸出電流。在外接3.3×106 Ω負載時，實現了4.6 W/m2的最大功率密度，可作為許多小型電子設備的電源。
圖1.超臨界二氧化碳（scCO2）表面受限發泡的原理圖（a）和在不同的發泡工藝條件下的發泡材料基摩擦納米發電機輸出性能（b,c）及功率密度圖（d）。
此外，制備的柔性摩擦納米發電機具備優異的摩擦電性能和自供電傳感性能。能夠為電容器充電，自發點亮LEDs，驅動計算器等小型電子器件；還能夠檢測諸如拉伸、彎曲、扭轉等變形，以及監測人行走步態的變化等。
圖2.發泡材料基摩擦納米發電機摩擦電性能和自供電傳感性能。
該研究通過超臨界二氧化碳（scCO2）表面受限發泡法制備了可用做摩擦發電機正電極的性能優異的TPU多孔薄膜，為批量化制備高性能TENG提供了一種綠色、高效的新方法，并為設計具有互補結構的摩擦材料，提供了新見解。該研究得到了國家自然科學基金（12072325）和國家重點研究計劃（2019YFA0706802）的資助。
展開 紀實：亞洲最大煤電CCUS項目投產
協同陜西鼓風機研制首套國產最大等級二氧化碳壓縮機，實現項目設備100%國產化……
這種智慧和堅韌，國家能源集團人做了最好的詮釋。
為大規模推廣奠定堅實基礎
5月27日，泰州CCUS項目試運期間生產的第一批液體二氧化碳交付給了首批用戶。
“品質非常好！”幾個小時之后，用戶打來的反饋電話振奮了每一名項目參與者。
截至目前，泰州電廠已與8家單位簽訂二氧化碳購銷合同，合同量達4萬余噸/月，經濟效益顯著，因為項目可持續運行提供了有力支撐。
然而，在落實“雙碳”目標、推動煤炭清潔化利用的征途中，國家能源集團人既看到了近處的綠草，也看到了遠處的叢林。
泰州項目的成功投運，標志著我國在大規模煤電CCUS技術方面的日趨成熟，為后續開展更大規模的二氧化碳捕集利用奠定了堅實基礎。
“煤電仍將在當下及未來較長一段時期內發揮顯著的‘基礎保障+系統調節’作用。泰州電廠先進高效的二次再熱煤電機組實施大規模CCUS項目，實現規模化捕碳用碳，為未來實現煤電二氧化碳近零排放提供‘國能經驗’。”國家能源集團新能源技術研究院黨委書記、董事長褚景春說，二氧化碳無法實現足額消納一直是限制CCUS項目可持續運營的堵點，泰州電廠通過調研周邊園區與企業，對接二氧化碳使用需求，有效貫通區域碳循環，實現了50萬噸/年的足額消納，并具備穩定的盈利能力，為項目達產足產奠定了基礎，為煤電CCUS長期可持續運營提供了樣本，成為創新鏈協同攻堅的示范案例。
“下一步，我們還將就二氧化碳加氫制甲醇、制精細化工品等方面進行協同攻關突破，進一步提升二氧化碳價值率。”泰州電廠黨委副書記、總經理蔣欣軍說。
在中國，煤電是個大事。
展開 
[壓縮機干氣密封]
目前干氣密封主要用于壓縮機、泵和攪拌釜等設備上，相應的按其使用主機也分為壓縮機用干氣密封、泵用干氣密封和攪拌釜用干氣密封。
一、壓縮機干氣密封
干氣密封最早應用于壓縮機的軸端，按其結構主要分為單端面、雙端面和串聯干氣密封。
1. 單端面密封
單端面干氣密封主要用于中低壓條件下，允許少量工藝氣泄漏到環境中的場合，典型結構如圖13-7所示。此結構也可用于不允許產生泄漏的場合，此時需要把泄漏氣引到火炬或排氣口接口。在這種情況下主要的泄漏氣與隔離氣一起被輸送到火炬或排氣口。如果輸送的氣體介質含有雜質，介質必須被過濾后才能通過密封氣輸送到密封腔。這樣過濾的介質從密封腔流向葉輪側，從而阻止雜質從葉輪側進入密封。單端面干氣密封的應用范圍為：溫度-60~200°C; 壓力≤2MPa; 線速度≤180m/s。應用領域主要用于對環境無害的中性介質工況，如二氧化碳壓縮機、空氣壓縮機、氮氣壓縮機等。
2. 雙端面干氣密封
當沒有火炬可以排放泄漏介質時，但具有可以提供合適壓力的密封氣時，可以使用雙端面密封結構，如圖13-8所示。雙端面密封是一種有效地防止介質氣體逃逸到周圍環境中的密封結構。它包括隔離氣體和密封氣，密封氣是在兩道密封之間輸入一個比介質壓力高的氣體。一般密封氣的壓力比介質壓力高0.2~0.3MPa密封氣體一部分泄漏到大氣，另一部分泄漏到介質中。
此種密封的應用范圍為：溫度-60~200°C; 壓 力≤2MPa; 線速度≤180m/s應用領域主要包括工藝氣不允許泄漏到大氣側，但允許少量密封氣泄漏到機內的工況，可用于煉油裝置中的催化、焦化富氣壓縮機，化工裝置的低壓壓縮機等。
展開 干氣密封的類型及應用范圍
一、壓縮機干氣密封
干氣密封最早應用于壓縮機的軸端，按其結構主要分為單端面、雙端面和串聯干氣密封。
1. 單端面密封
單端面干氣密封主要用于中低壓條件下，允許少量工藝氣泄漏到環境中的場合，典型結構如圖13-7所示。此結構也可用于不允許產生泄漏的場合，此時需要把泄漏氣引到火炬或排氣口接口。在這種情況下主要的泄漏氣與隔離氣一起被輸送到火炬或排氣口。如果輸送的氣體介質含有雜質，介質必須被過濾后才能通過密封氣輸送到密封腔。這樣過濾的介質從密封腔流向葉輪側，從而阻止雜質從葉輪側進入密封。單端面干氣密封的應用范圍為：溫度-60~200°C; 壓力≤2MPa; 線速度≤180m/s。應用領域主要用于對環境無害的中性介質工況，如二氧化碳壓縮機、空氣壓縮機、氮氣壓縮機等。
2. 雙端面干氣密封
當沒有火炬可以排放泄漏介質時，但具有可以提供合適壓力的密封氣時，可以使用雙端面密封結構，如圖13-8所示。雙端面密封是一種有效地防止介質氣體逃逸到周圍環境中的密封結構。它包括隔離氣體和密封氣，密封氣是在兩道密封之間輸入一個比介質壓力高的氣體。
展開 碳捕集、利用與封存(CCUS)價值鏈研究
整體齒輪式壓縮機在以下方面極具效率優勢：軸向進氣、多級壓縮時選擇最佳葉輪速度、每級葉輪下游中間冷卻，以及獨立流量控制。
圖9 向用戶及地質封存場輸送CO2的途徑 圖源/MAN Energy Solutions
2.軸向進氣流
與整體齒輪式壓縮機相反，單軸壓縮機的進氣流在進入葉輪之前須先重新定向，而這會導致損耗和渦流。對于軸向進氣，因其葉輪表面積較大，進而允許更高的流量系數和葉尖速度，而不會達到影響效率和操作范圍的前緣馬赫數。如需要，整體齒輪式壓縮機的每個壓縮級都可以安裝入口導葉，以增加操作范圍和部分負荷效率。
圖10 薩斯科電力集團大壩電廠碳捕集項目采用八級濕式二氧化碳壓縮機壓力從1.7至174bara 圖源/MAN Energy Solutions
圖11 軸向進氣與徑向進氣葉輪對比 圖源/MAN Energy Solutions
3.葉輪流量系數和效率
當葉輪中的通流路徑變窄時，泄漏損失和邊界層(摩擦損失)會不成比例地增加。這些損失會隨著流量的增加而減少，但氣動損失緩慢增加，進而在特定范圍實現效率最大化。整體齒輪式壓縮機為優化速度提供了更廣闊空間，并可以將葉輪流量系數保持在最佳多變效率范圍內。這會對高分子量氣體(如CO2)產生影響，導致其體積迅速減小。而單軸壓縮機則采用窄葉輪，以便在后續各級壓縮氣體時獲得足夠的壓頭。
圖12 葉輪損失與離心流量系數的關系(左)轉速與不同壓縮級入口流量系數的關系(右) 圖源/MAN Energy Solutions
4.等溫壓縮
等溫壓縮是增加氣體壓力的最有效方式。在恒定溫度下，移除壓縮熱技術上無法實現，因此需要多變壓縮與冷卻技術交替進行。與單軸壓縮機設計不同，整體齒輪式壓縮機可在每個壓縮機之間進行中間冷卻，使壓縮近似于等溫冷卻在技術上可行。
展開 CFD線下研討會—北京專場介紹
05
更快、更準確的渦輪機械仿真
主講：介紹了 Cadence Fidelity用于葉輪機械設計和仿真（壓氣機、泵、渦輪等）的創新性工作流程。 它包括從1D到3D的設計到性能預報和性能優化。完成模型設計后，可以直接對其進行網格劃分、CFD 求解仿真以及結果分析，也包括結構、熱和高保真的氣動聲學分析等。
06
大功率二氧化碳離心壓縮機氣動設計
主講：使用Cadence CFD軟件平臺完成了大功率離心壓縮機內部流場的數值仿真，并基于Cadence Design3D和NREC軟件，實現了設計方案的自動優化。
07
半開式大流量系數模型級開發
主講：以現有的參數較為接近的高效模型級作為研究基礎，開展了大流量系數模型級的開發。使用Cadence CFD 軟件的參數化和自動優化模塊完成優化設計；通過手動調節蝸殼截面積修正系數，完成整個模型系統級的優化設計。
08
基于自適應特征選擇的高維不確定性方法在葉輪機械性能評估中的應用
主講：以現有的參數較為接近的高效模型級作為研究基礎，開展了大流量系數模型級的開發。使用Cadence CFD 軟件的參數化和自動優化模塊完成優化設計；通過手動調節蝸殼截面積修正系數，完成整個模型系統級的優化設計。
09
基于Cadence三維氣動計算的渦輪冷卻器軸向力研究
主講：在分析動壓懸浮空氣循環機軸向力產生原因基礎上，分別采用數值計算方法與理論公式計算法對其軸向力進行計算。利用Cadence CFD建立了包含窄縫間隙（輪背間隙、密封間隙軸承間隙）的渦輪端和壓氣機端計算域幾何模型，渦輪端密封進口的邊界條件考慮了軸承氣流向渦輪端的沿程損失。
展開 CCUS技術與設計：應用燃煤電廠萬噸級碳捕集工程設計與運行
（5）產品罐：2臺,立式雙層真空保冷儲罐,主材碳鋼,每罐容積80 m3,滿足液態二氧化碳3 d的儲存要求。
（6）引風機：1臺,離心式。由于濕煙氣具有較強的酸腐蝕性,風機葉輪及殼體等與煙氣接觸部分的材質采用316L。考慮到鍋爐排煙中CO2的體積分數隨機組負荷變化波動較大,引風機按變頻設計,配套變頻器以便及時調節系統煙氣量。
（7）壓縮機：1臺。小型二氧化碳壓縮機有活塞式、螺桿式2種。螺桿式壓縮機在運行時需要噴油,雖然其有油過濾器等除油設施,但本項目所需產品純度要求較高,為防止油對二氧化碳的污染,故選用了氣缸與填料無油潤滑的活塞式壓縮機,氣缸帶不銹鋼缸套以防止腐蝕。設備形式為L型兩列三缸水冷無油潤滑往復活塞式,排氣壓力2.5 MPa。
（8）制冷機：1臺。考慮到環保需要,工質選用對大氣臭氧層無污染的環保型多元共沸R404a制冷劑,制冷壓縮機為螺桿式,機組配有儲液器、冷凝器、油分離器及電控柜等輔助設置。
（9）冷換系統：1套。貧富液換熱器、貧液冷卻器、洗滌液冷卻器等選用板式換熱器,板片選用高效板型以提高換熱效率,主材為不銹鋼。溶液煮沸器、再生氣冷卻器、再沸器、液化器、預冷器、后冷器等則選用管殼式換熱器,并根據工作條件選用合理的材質。為安全起見,換熱器設計余量取20%以上。
（10）泵類：間斷運行的加堿泵和廢水泵各設1臺,經常運行的泵均按1用1備設置,并根據工作介質的不同選用不同材質。裝車泵選用屏蔽泵,其他泵均為離心泵。
（11）干冰機：2臺,考慮到干冰的制備可以獨立于液態二氧化碳生產,每臺機產量按500 kg/h設計。干冰機所排廢氣分為2路,一路排空,一路接入二氧化碳精制系統。在正常情況下,考慮回收干冰機所排二氧化碳氣體,以便循環利用。
展開 電場CCUS項目改造和升級：燃煤電廠CCUS的成本降低潛力
壓縮效率
二氧化碳壓縮需要給電廠施加大量負荷的能量。BD3處的壓縮功率占與CCUS設施相關的電力輸出損失的三分之一以上。BD3和Petra Nova的二氧化碳捕獲工廠為全負荷運行進行了優化，每個工廠都采用了一個單一的、綜合齒輪的二氧化碳壓縮機，在全負荷下實現最佳效率，并在有限的能力下適應較低流量而不造成顯著的效率損失。需要改進壓縮機的設計，以保持效率和操作的靈活性，以提高CCUS設施的負載跟蹤能力。
數字化
數字化可以提高煤炭和電力工業的安全性，提高生產率，并降低成本。這些改進的潛在影響和相關障礙差別很大。然而，總節省可能達到每年發電成本的5%。
數字數據和分析建模可以通過以下幾個方面幫助提高效率，并降低電力系統的運行和維護成本：
通過更好的監控和預測性維護減少中斷，通過快速識別故障點限制停機時間，改進計劃，
提高了發電廠的燃燒效率，從而降低了網絡中的損失率，
改進了貫穿整個電力系統的項目設計，
延長資產的運營壽命，以及
提高供電系統的彈性和可靠性。
二氧化碳運輸和存儲成本的降低
開發新的二氧化碳存儲位置會了巨大的成本。額外的成本雖然相對較低，但由于在已建立的存儲地點注入了更高體積的二氧化碳，可能會增加了對監測的需求。
英國CCS成本降低工作組30估計，CCUS發電廠的存儲成本可能從25英鎊/兆瓦早期CCUS項目減少到5-10英鎊/兆瓦通過投資二氧化碳中心或公共存儲網站每年5噸二氧化碳。如果開發一個存儲集群來利用幾種存儲類型和地理結構，二氧化碳存儲的可靠性將會提高，從而降低開發風險。這種方法對于確保經濟規模的CCUS化石火力發電項目能夠按照行業規范的成本交付和融資至關重要。
展開 如何提高CFD效率和精度？【技術研討會報名-5月23/24日上海|北京】
▌ 更快、更準確的渦輪機械仿真（北京&上海）
主講：介紹了 Cadence Fidelity用于葉輪機械設計和仿真（壓氣機、泵、渦輪等）的創新性工作流程。 它包括從1D到3D的設計到性能預報和性能優化。完成模型設計后，可以直接對其進行網格劃分、CFD 求解仿真以及結果分析，也包括結構、熱和高保真的氣動聲學分析等。
▌ 大功率二氧化碳離心壓縮機氣動設計（北京）
主講：使用Cadence CFD軟件平臺完成了大功率離心壓縮機內部流場的數值仿真，并基于Cadence Design3D和NREC軟件，實現了設計方案的自動優化。
▌ 半開式大流量系數模型級開發（北京）
主講：以現有的參數較為接近的高效模型級作為研究基礎，開展了大流量系數模型級的開發。使用Cadence CFD 軟件的參數化和自動優化模塊完成優化設計；通過手動調節蝸殼截面積修正系數，完成整個模型系統級的優化設計。
▌ 基于自適應特征選擇的高維不確定性方法在葉輪機械性能評估中的應用（北京）
主講：采用Cadence CFD軟件，針對復雜環境的葉輪機械領域進行全三維數值仿真。提出了一種自適應的基于特征選擇的高維參數降維方法，使得樣本量降低一個數量級，大大提高了不確定性量化評估在工程實踐中可行性，首次在多級壓氣機中開展高維度的影響評估。
▌ 基于Cadence三維氣動計算的渦輪冷卻器軸向力研究（北京）
主講：在分析動壓懸浮空氣循環機軸向力產生原因基礎上，分別采用數值計算方法與理論公式計算法對其軸向力進行計算。
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