壓縮機(jī)及泵驅(qū)動(dòng)方案

1、壓縮機(jī)及泵驅(qū)動(dòng)方案選擇原則趙 云 (中國(guó)石化蘭州設(shè)計(jì)院)內(nèi)容摘要 通過對(duì)某工程實(shí)例中電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)與蒸汽透平驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)兩種方案的分析與比較以及類似工程的經(jīng)驗(yàn)，提出了在工程設(shè)計(jì)中壓縮機(jī)及泵驅(qū)動(dòng)方案選擇的原則。一、簡(jiǎn)述在許多化工裝置中，都要采用泵及壓縮機(jī)，且其能耗所占比例在一個(gè)化工裝置中也是相當(dāng)大的。一旦這些裝置開車投入運(yùn)行，就要求這些泵及壓縮機(jī)需連續(xù)工作約一到二年。所以這些泵及壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)器必須要求相當(dāng)可靠，在保證裝置運(yùn)行和控制可靠的同時(shí)，還必須要求投資和能耗最低。由此可見，壓縮機(jī)及泵驅(qū)動(dòng)方案的選擇顯得尤為重要。常見的壓縮機(jī)及泵驅(qū)動(dòng)器如下：(1) 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)(2) 蒸汽透平驅(qū)動(dòng)(3) 柴油機(jī)驅(qū)

2、動(dòng)(4) 燃?xì)馔钙津?qū)動(dòng)壓縮機(jī)及泵選擇何種驅(qū)動(dòng)器，要根據(jù)裝置的工藝過程及裝置所處的場(chǎng)所、地理位置及周圍環(huán)境來決定。在無特殊要求時(shí)，一般柴油機(jī)及燃?xì)馔钙阶鳛轵?qū)動(dòng)器較少使用，特別是天然氣、分離氣或石油裂解氣等比較缺乏的地區(qū)，則無法使用燃?xì)馔钙阶黩?qū)動(dòng)機(jī)。下面以某工程壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)方案的選擇為例，來說明壓縮機(jī)及泵驅(qū)動(dòng)器選擇電動(dòng)機(jī)及蒸汽透平時(shí)的方案比較與選擇原則。在某工程配套裝置中，正常生產(chǎn)需要兩臺(tái)壓縮機(jī)(一臺(tái)空氣壓縮機(jī)，一臺(tái)制冷壓縮機(jī)），并且反應(yīng)器副產(chǎn)一定數(shù)量的中壓蒸汽。因此，壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，是采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)還是蒸汽透平驅(qū)動(dòng)，這兩種方案，那一種方案更節(jié)能、更經(jīng)濟(jì)、更合理。方案的比較與優(yōu)化，顯得比較重要。蒸汽

3、系統(tǒng)簡(jiǎn)介反應(yīng)器副產(chǎn)蒸汽參數(shù)為:壓力P1=4.1MPa(G)，溫度t1=343，蒸汽量Q1。熱用戶用汽參數(shù)為:壓力P2=0.3MPa(G)，溫度t2=144的飽和蒸汽量Q2。根據(jù)這樣一組用汽、產(chǎn)汽條件，有下述兩個(gè)壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)方案可供選擇?，F(xiàn)對(duì)這兩種方案作一比較。二、 壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)方案（一） 方案一 電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)方案(見圖一)將副產(chǎn)蒸汽用于驅(qū)動(dòng)背壓式蒸汽透平發(fā)電，其背壓排汽供給0.3MPa(G)的蒸汽熱用戶，發(fā)出的電并入廠內(nèi)6000V電網(wǎng)。 而兩臺(tái)壓縮機(jī)分別由兩臺(tái)防爆電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)所需電能由廠內(nèi)6000V電網(wǎng)提供。1、 發(fā)電機(jī)輸出電功率計(jì)算由水蒸汽焓熵圖(i-s圖)查得:在 P1，t1條件下，蒸汽焓

4、為:i1=3075kJ/kg，在P2，t2條件下，焓值為:i2=2735kJ/kg，絕熱焓降至焓值為i絕=2590kJ/kg，則有效焓降為:i=i1-i2=340kJ/kg，絕熱焓降為:i絕=i1-i絕=485kJ/kg，此時(shí)該透平內(nèi)效率為：內(nèi)ii絕70此值對(duì)背壓式小功率透平而言,為正常值輸出的電功率為:(假定管道效率為管為98，蒸汽透平機(jī)械效率機(jī)為97，聯(lián)軸器效率為聯(lián)為99，發(fā)電機(jī)效率為電為98) N=i´Q1´管´機(jī)´聯(lián)´電/3.6=kW2、電動(dòng)機(jī)輸入功率計(jì)算由于驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)壓縮機(jī)的透平功率N1，N2分別為 3450kW，1345kW，轉(zhuǎn)速分別

5、為7063r/min，9481r/min(轉(zhuǎn)/分).為了使電機(jī)轉(zhuǎn)速與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速相匹配，必須設(shè)增速器。假定電動(dòng)機(jī)功率與蒸汽透平功率相同，則電動(dòng)機(jī)從廠內(nèi)6000V電網(wǎng)需要的電功率為:(假定廠內(nèi)電網(wǎng)變送損失為變按3計(jì),增速器損失增按2計(jì), 電動(dòng)機(jī)效率為電動(dòng)為98) N'=(N1+N2)/(1-變) ´(1-增) ´電動(dòng) =5147kW3、 二者功率差 N=N'-N=kW由此可見，方案一中發(fā)電機(jī)輸出電功率不能滿足電動(dòng)機(jī)的輸入功率。（二） 方案二 蒸汽透平驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)方案(見圖二) 將副產(chǎn)蒸汽用于驅(qū)動(dòng)背壓式蒸汽透平直接帶動(dòng)壓縮機(jī)， 透平背壓排汽供給0.3MPa(G)的蒸

6、汽熱用戶。1、 進(jìn)入兩臺(tái)壓縮機(jī)蒸汽透平的蒸汽流量計(jì)算a、 進(jìn)入空壓機(jī)蒸汽透平的蒸汽流量計(jì)算由于空氣壓縮機(jī)屬于國(guó)內(nèi)制造廠商制造，使得壓縮機(jī)配套透平也屬于國(guó)內(nèi)制造廠商配套，按照國(guó)內(nèi)透平廠商提供數(shù)據(jù)，在N1=3450kW，n=7063r/min下,且進(jìn)汽參數(shù)在P1、t1，排汽參數(shù)在P2(此時(shí)絕熱焓降至焓值為i絕=2590kJ/kg)時(shí),內(nèi)=80.5%，透平進(jìn)汽量按下式計(jì)算：(假定管道效率為管為98) m1=N1×3.6/(i1-i絕)×內(nèi)×管=32.46t/h b、進(jìn)入制冷機(jī)蒸汽透平的蒸汽流量計(jì)算由于制冷壓縮機(jī)屬于國(guó)外制造廠商制造，使得壓縮機(jī)配套透平也屬于國(guó)外制造廠商配

7、套，按照國(guó)外透平廠商提供數(shù)據(jù)，在N2=1345kW，n=9481r/min下， 且進(jìn)汽參數(shù)在P1、t1，排汽參數(shù)在P2(此時(shí)絕熱焓降至焓值為i絕=2590kJ/kg)時(shí)，內(nèi)=67%，轉(zhuǎn)速對(duì)效率的修正系數(shù)為A=0.95,過熱度對(duì)效率的修正系數(shù)為B=1.006,背壓對(duì)效率的修正系數(shù)為，則透平進(jìn)汽量按下式計(jì)算：(假圖一 電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)方案圖二 蒸汽透平驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)方案定管道效率為管為98) m1=N2×3.6/(i1-i絕)×內(nèi)×A×B×C×管=16.15t/hc、兩臺(tái)透平總用汽量為 m=m1+m2=t/h。2、 透平用汽量與副產(chǎn)蒸汽的差值為

8、 m=m-Q1=-5.68t/h因此，方案二中副產(chǎn)蒸汽不僅滿足了透平對(duì)汽量的要求，而且有節(jié)余。三、 方案的比較與分析（一）、能量消耗電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)方案，不僅造成能量浪費(fèi)，而且發(fā)電機(jī)輸出電功率，不能滿足電動(dòng)機(jī)輸入功率要求(kW).而蒸汽透平直接驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)方案，副產(chǎn)蒸汽不僅滿足了蒸汽透平對(duì)汽量的要求，而且有節(jié)余(5.68t/h)。多余的蒸汽，若送入廠外熱電廠用于發(fā)電，則能多發(fā)出的電功率按下式計(jì)算： N1 =i凝´m´管´機(jī)´聯(lián)´電/3.6=kW上式計(jì)算中，按凝汽機(jī)考慮，排汽壓力按7MPa(A)，此時(shí)蒸汽焓值為:i4=2450kJ/kg(假定該凝汽式

9、蒸汽透平排汽濕度按5考慮)，則有效焓降:i凝=i1-i4=625kJ/kg,假定管道效率為管為98，蒸汽透平機(jī)械效率機(jī)為97，聯(lián)軸器效率為聯(lián)為99，發(fā)電機(jī)效率為電為98)由此可見，蒸汽透平直接驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)方案的能耗低于電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)方案，功率節(jié)省值為: N省 =N1+N=kWkWh電，每年操作小時(shí)數(shù)按8000小時(shí)計(jì)算，可發(fā)10621600 kWh /年，每kWh電價(jià)按元計(jì)，每年可節(jié)約190多萬(wàn)元。其經(jīng)濟(jì)價(jià)值比較可觀。上述定量分析的結(jié)果表明，在該工程中,蒸汽透平驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)方案比電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)方案節(jié)能。（二）、 主要設(shè)備購(gòu)置費(fèi)及占地由于本裝置該壓縮機(jī)所處場(chǎng)所電氣防爆等級(jí)劃分為dIIAT2，并且有開

10、車外供汽源(由3.9MPa(G)的蒸汽管網(wǎng)供給），開車不需要設(shè)置大型防爆電機(jī)。因此蒸汽透平驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)方案比電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)方案少兩臺(tái)大型防爆電機(jī)，少兩臺(tái)增速器，少一臺(tái)6000kW背壓透平發(fā)電機(jī)組，而多兩臺(tái)小功率透平。另外，蒸汽透平驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)方案比電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)方案少一個(gè)發(fā)電廠房。上述定性分析的結(jié)果表明，蒸汽透平驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)方案比電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)方案節(jié)省設(shè)備投資及占地面積。（三）、蒸汽平衡結(jié)果采用了蒸汽透平驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)方案后，副產(chǎn)4.1MPa(G)，343的蒸汽尚多余5.68t/h，經(jīng)調(diào)節(jié)閥調(diào)壓后，并入3.9MPa(G)的管網(wǎng)(3.9MPa(G)的蒸汽管網(wǎng)為開車蒸汽管網(wǎng)，由裝置外供給).背壓式蒸汽

11、透平排出的0.3 MPa(G),143的蒸汽供熱用戶使用后還剩3.77t/h(m-Q3而得), 并入0.3MPa(G)的蒸汽管網(wǎng)，供其它工藝裝置及公用工程用戶使用。通過上述計(jì)算與分析，其結(jié)果列于表1中。 方案比較表 表1序號(hào)比較類別方案一方案二結(jié)論1能量消耗 不能自平衡 蒸汽有節(jié)余方案二優(yōu)2主要設(shè)備費(fèi)較多較少方案二優(yōu)3占地較大較小方案二優(yōu)4蒸汽平衡向外管網(wǎng)供低壓蒸汽向外管網(wǎng)供中壓蒸汽方案二優(yōu)根據(jù)以上工程實(shí)例分析，可以得出，在有副產(chǎn)蒸汽或蒸汽汽源的時(shí)候， 蒸汽透平驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)方案不論從節(jié)能、投資、占地諸方面都比電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)方案優(yōu)越。因此就本工程實(shí)例而言，設(shè)計(jì)選用蒸汽透平驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)方案為最佳方案

12、。四、結(jié)論根據(jù)以上工程實(shí)例及類似工程經(jīng)驗(yàn),在壓縮機(jī)及泵的工程設(shè)計(jì)中,驅(qū)動(dòng)器的選擇一般按下述原則進(jìn)行:（一）、 500kW以下的驅(qū)動(dòng)器, 不論是正常運(yùn)行還是作備用，電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器應(yīng)視為優(yōu)選對(duì)象通常情況下，蒸汽透平的價(jià)格同它們的功率變化關(guān)系不如電機(jī)的價(jià)格同它們的功率變化關(guān)系那樣大，要選擇一臺(tái)功率為500kW以下的驅(qū)動(dòng)器，蒸汽透平比電機(jī)所需費(fèi)用要高。因此，無論是正常使用還是作為備用，電機(jī)應(yīng)作為優(yōu)選對(duì)象。除非有特殊要求，比如NEMA SM23與API614規(guī)定：作為給蒸汽透平、壓縮機(jī)及泵的潤(rùn)滑系統(tǒng)、密封系統(tǒng)及調(diào)節(jié)油系統(tǒng)供油的油泵應(yīng)設(shè)主油泵和備用油泵，且主輔油泵應(yīng)使用不同的能源做動(dòng)力。除另有規(guī)定外，主

13、油泵應(yīng)由蒸汽透平驅(qū)動(dòng)，而備用泵由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。（二）、 500kW以上的驅(qū)動(dòng)器, 蒸汽透平作為驅(qū)動(dòng)器一般應(yīng)視為備用如果所要求的驅(qū)動(dòng)器功率超過500kW，則正常情況下使用電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器，而蒸汽透平僅作為備用。如果該裝置內(nèi)為了達(dá)到蒸汽平衡，而不得不采用高中壓蒸汽降壓措施，則上述備用蒸汽透平作為正常運(yùn)行，而電機(jī)作為備用。（三）、1000kW以上的驅(qū)動(dòng)器, 蒸汽透平作為驅(qū)動(dòng)器一般應(yīng)視為常用由于凝汽式蒸汽透平及抽凝式蒸汽透平比背壓式蒸汽透平在同功率的情況下，要昂貴一些，且占地或土建投資要大，配管要復(fù)雜的多。但汽耗要小的多。因此，凝汽式及抽凝式蒸汽透平的選用，一般在蒸汽平衡允許的情況下，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后決定。

14、（四）、蒸汽透平驅(qū)動(dòng)比電機(jī)驅(qū)動(dòng)有如下突出的優(yōu)點(diǎn)1、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，瞬時(shí)電流高出額定電流510倍。如果電機(jī)功率相當(dāng)大，則可能使電源的運(yùn)行受到影響。而蒸汽透平驅(qū)動(dòng)根本不存在這種情況。2、作為用電設(shè)備的電機(jī)，易引起火花，從而發(fā)生火災(zāi)的可能性比較大。而蒸汽透平不存在這種可能性。因此，從安全性方面蒸汽透平要安全的多。3、蒸汽透平的高轉(zhuǎn)速能夠適應(yīng)高轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)及高壓泵的驅(qū)動(dòng)要求。而電機(jī)則不能，必須增設(shè)增速器等設(shè)備。（五）、相對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)而言蒸汽透平驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)是日常維修與停車維修的工作量比電機(jī)要大，且不易檢修。軸承溫度、軸振動(dòng)、軸位移、潤(rùn)滑油壓油溫、油箱液位等參數(shù)的運(yùn)行狀況須隨時(shí)得到監(jiān)控。系統(tǒng)復(fù)雜，占地面積大。

15、（上接第46頁(yè)）三、從汽機(jī)的發(fā)電量分析W=1·(hgr-h抽)+2·(hgr-hq)式中 1-抽汽占總汽量的份額； 2-供汽占總汽量的份額；假定不考慮除氧器及低加的用汽量，則1+2=1gs=150°C,2=1-1W1=(hgr-hq)-1·(h抽-hq)gs=104°C,1=0,2=1-1=1 W2=hgr-h抽所以，當(dāng)抽汽壓力不等于供汽壓力時(shí)h抽>hq，W1<W2，采用150°C給水溫度，發(fā)電量減少。需設(shè)中壓加熱器，加熱蒸汽壓力為1.3MPa以上，需抽汽。而采用104°C給水，由于加熱溫度較低，低加及除氧器用汽均可采用背壓汽加熱。不影響發(fā)電量，僅供熱量有所減少。四、從熱量分析 由于抽出一部份蒸汽加熱給水，也就是增加了系統(tǒng)的自用蒸汽量。供汽量、供熱量減少，對(duì)供熱不利。150°C較104°C給水溫度，供汽量約減少56%。五、從操作、管理