关于石油化工离心式压缩机选型采购的探讨.pdf

离 心 式 压缩 机 是 一 种 叶 片 旋 转式压缩机 即透平式压缩机 。在 离心式压缩机中 ，高速旋转 的叶 轮给予气体的离心力作用 ，以及 在扩压通道 中给予气体 的扩压作 用 ，使气体压力得到提高。近来 ， 由于化学工业 的发展 ，各种大型 化工厂 ，炼油厂的建立 ，离心式压 缩 机就 成 为 压 缩 和输 送 化工 生 产 中各种气体 的关键机 器 ，而 占有 极其重要的地位 。 离 心 式 压缩 机 之 所 以 能 获得 这 样 广 泛 的应 用 ，主 要是 比活 塞 式压 缩机 有 以下一 些优 点 1离心式压缩机的气量大， 结构简单 ，重量轻 ，机组尺寸小 ， 占地 面积 小 。 2 运转平衡 ，操作可靠，运 转率高 ，摩擦件少 ，备件需用量 少，维护费用及人员少。 3 在化工流程中，离心式压 关于石油化工离心式压 缩机选型采购 的探讨 唐治钫李克文刘庆芳 辽宁华锦化 工 集团 有 限责任公 司辽 宁盘锦1 2 4 0 2 1 【 摘 要 】探讨离心式压缩机在选型采购过程 中的基本步骤 ，审查压缩 机制造 商提供 的 技术协议书 ，阅读 离心式压缩机的性能曲线，选购 理 想 的设备 。 【 关键词 】 石油化工离心式压缩机选型采购技术协议书性能曲线 缩机对 化工介质可 以做到绝对无 油 的压缩 过程 。 4 离心式 压缩 机为一种 回转 运动 的机器 ，它适宜于工业汽轮 机或燃汽轮机直接拖动。对一般 大型化工厂 ，常用富产蒸 汽驱动 工业汽轮机作动力 ，为热能综合 利用 提供 了可能 。 但是 ，离心式压缩机存在一 些缺 点 1 离 心式压缩机 目前还不适 用于气量太小及压 比过高的场合 。 2 离心式压缩机的稳定工况 区较窄，其气量调节虽较方便 ，但 经 济性 较差 。 3目前离心式压缩机效率 一 般 比活塞式压缩机低。 正 是 由 于离 心式 压 缩 机 的 诸 多特点 ，所以更值得我们在采购 之前要了解相关的选型步骤。 唐治钫 1 9 6 0 一 化学工程硕士。长期从事石油化工技术工作。 1 离心式压 缩机选型 的基本 步骤 离 心式 压 缩 机选 型基 本 可 以 分 为 四个步 骤 1 ． 1 确 定 目标 和任 务 阶段 即调 查 、 分析 工 艺要 求 阶段 众所周知 ，对工艺要求充分 了解是所有设备选型采购最基础 、 最重要 的前提 。如果在选型阶段 对 实 际工 艺 要 求 没 有 充分 的调 查 和 分 析 ，那 么 就 不 能 采 购 到安 全 可靠 ，经济合理的设备。 工艺研究 阶段 主要解决如下 问题 1 研究介 质的物理和化学性 质影 响 即充 分 了解 _T艺介 质 的组 分 ， 毒性、腐蚀性 、等参数对压缩机壳 体、叶轮 、隔板 、密封材质和密封 油 选取 的 影响 。 由于石 油化工气体组 分中通 常含有氢化物 、硫化物具有腐蚀 o 0 。 ． 。 。石油和化工设备l 47 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m i 1 排 。 盛 露 I 一曩 ． ． 一 ， 一 一 ,r ／ J,Y 0 - ， 。 硅酌 危 逡 旖碰牲介质决定了 化工部 H G ／T 2 0 5 5 5 2 0 0 6 离心式压 的转数控制对自 控系统要求很严 压缩机叶轮必须采用 A S T MA7 4 3 ／ 7 4 4 等耐腐蚀不 锈钢铸材或者 A 2 4 0 ， 3 0 4 ， 3 04L ，3 1 6 ， 3 1 6 L 耐腐蚀 不锈钢板材 。这与常用空气或者 氮气介质选用普通A S T M2 1 6 ， 3 5 2 铸 钢 ， 铸铝 A S T M 3 5 6 ， 3 5 7 有着很大的 差别 。 由于介质具有腐蚀性和毒 性 ，不允许介质气体外漏或者 内 漏 的 问题 ，一 般 多 选 用 双端 面干 气密封方式 ，并需要增设 氮气 冲 洗辅助密封装置 ，而且对于停机 或者特殊工况下的排空设施也是 在工艺研究 阶段要考虑的重要 因 素 。 2 研究工艺要求 就是 了解 出入 口压力 ，温度 ， 流量 ，控制范围要求，以及这些参 数 对 压 缩 机结 构 、分 段 分 级 、功 率、效率 、 转数、零部件选择材质、 仪表电气控制设备的影响。 压 缩 机 出入 口压 力 、流 量 是 压缩机通过图谱选 型的最关键 的 两个数据。在实际压缩机选型工作 中流量和压力的操作要求对压缩 机结构 、分段分级 、功率 、效率 、 转数、有着决定性的影响。出入口 压力 、 流量 、 转数这三大综合因素 ， 决定压缩机喘振的参数 ，对压缩机 喘振 的控 制 水 平 是 压缩 机 设 计 工 作水平高低具体体现之一。 1 ． 2基础 设计阶段 此步骤主要解决如下问题 1 选择适用的标准 目前 主 要 有 美 国石 油 协会 A P I 6 1 7 2 0 0 2 石油 、化学和气体工 业用轴流压缩机和离心压缩机 以 及膨胀机一压缩机标 准 和中国 石油化工 S I - I ／ T 3 1 4 4 -- 2 0 04 石油化 工离心压缩机工程技术规定 以及 48 I B B m lI S B I ax．os 缩机基础设计规定 等标准 2明确设备所在地的自然条 件和公用工程条件 主要 明确设 备所 在地近十年 的 气温、风力 、降水、地震等 自然 资料 。 明确公用条件就是落实设 备 的电力 、冷却水 、工厂风 、蒸汽 、 厂房形式 、环境对 防爆 、防尘 、噪 音等级要求相关事宜。 目前 ，在 国 内石化行业普遍采 用美国石油协会 A P I 6 1 7 - 2 0 0 2 标 准 ，此步骤 中的第二点中动力条 件会直接影响压缩机驱动形式 的 选取 ，环境对防爆 、防尘 、噪音要 求直接影响仪表电气的设备等级 ， 这 些 都 是 影 响 压 缩机 的 总体 造 价 的重要 因素 ，同时也 是影响压缩机 运 行 费用 的重要 因素 。 在实际选型和采购 中，按照标 准要求 向制造商提供工艺参数可 以将 “ 复杂问题标准化” 是明确 ‘ 技 术协议 ’中各项要求的有效手段 。 1 ． 3初步设计阶段 此步骤主要解决如下问题 明确设计条件 1 向设计方提供 流量 、压 力 、温度 、流体性质具体参数 ； 2 向设计方提供运转方式、 控制条件要求 ； 3向设计方提供 动力 、工 艺能耗 、润滑要求、轴封要求在实 际选型和采购过程中，这些工作多 由设计院以技术协议书 的形式直 接提交给制造厂商，由制造商负责 实际的设计工作。此步骤中对压缩 机总体造价影响有两个要点 仪表 控制参数和运行参数。由于离心式 压缩机喘振控制、流量控制 、透平 格 ，而且仪表供应商的报价差异 很大 ，目前普遍采用以合资产品； 运行参数对整体造价 同样具有决 定性影响 ，这些参数直接决定压 缩机的最佳操作范 围，这是考查 压缩机制造商制造水平的 “ 硬参 数” ，一些技术水平差的制造商是 不能实现在满足工艺要求的前提 下 进 行 节 能运 行 ，这 也 是 选择 压 缩机制造商的参考点。 1 ． 4 实地考 察和对 比商务报价 阶段 此 步骤 主要 解决如 下 问题 1 比较性能 主要看压缩 机 和驱动机的效率 ，虽然有些制造 商 的机体价格有竞争优势 ，但是 从长久运行成本来看尽量选用压 缩 机和驱 动机 的效率 高的产 品 ， 因为工程投资中包 含建设投资和 运行成本两个因素，即使效率高 的压缩机建设 费用 高一些 ，由于 机械效率高 ，其运行成本低从 而 形成 “ 贵买贱用”好局面。 2比较维修维护性能 各制 造商 ，甚至 同一个 供货商会 向业 主提供不 同的制造方案。此时业 主应该 根据 自己设 备维护 的实际 水平采 用稳妥 的制造方案 。就透 平机 和压缩机布置方案来讲 ，虽 然有些 布置形式 比较省空 间，但 是 日后 检修过程 中对于 吊转 子 ， 对 中的 要求 难 度 在 此 环节 就 应 该 充分考虑 ，避免为将来的检修工 作造成不便。 3比较交货期 。 4比较业绩和品牌目前我 国石油化工应用离心式压缩机国 外品牌多为 日本 日立和神户制钢 所产品 ，国内主要有沈阳鼓风机 厂 ，上海鼓风机厂，陕西鼓风机厂 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 五家公 司可以设计和制造 。 5考察制造商的技术水平 主要考察制 造商 的机 加工能力 ， 设计能力和关键部件 的使用 寿命 情况 。并必须到类 似工况 的用户 实地考察使用情况做到心中有数。 经过基本 的技术交流后通常 就要进入发邀请 书 、技术谈判这 一 环 节 。此 时设 计 院会 向业 主 提 供 询价文件 ，一般询价文件包 括技 术文件和商 务条款两 部分 。 技术文件一般 由设计院根据T艺 的实 际需 要 制 定 ，业 主 提 出参 考 意见；商务条款由业主根据 自己的 实际情况制定。此时，制造商根据 询价文件 的要求 向业主提交相 应的 技术协议书 和 商务合同 书 。 2 如何 审查压缩机制造 商提 供的 技术协议书 在 阅读 压 缩 机 制 造 商 提 供 的 技术协议书之前 ，首先要理解 询价文件 中技术要求 的各项条 款 ，确认 询价文件要求 的供货范 围，T作范围，供货数量，执行标 准，_T艺要求 ，公共条件，仪表电 气要求 ，备品备件 ，运输和开箱验 收，售后服务 ，保修保质期，分项 报价要求 ，交换技术资料等具体 条款在 技术协议中 被充分 响 应 ，逐一寻找技术偏差 ，对比制造 商提供的技术偏差和 询价文件 中技 术 要 求 客 观存 在 的偏 差 是 否 一 致 。如果有条件可 以寻找第三 方对制造商提供 的数据进行工艺 模拟检验。 重点 审查压缩机关于性能 曲 线 ，机械效率，驱动机形式 ，制造 商对压 缩机公用 工程具体 要求 ， 仪表控制精度 ，控制形式 ，工艺 、 机械 、仪电 、公用 、安全 、土建几 大专业的工作范围是否与 询价文 件 要求一致 。对 技术协议书 的审查是采购中关键环节，业主方 除考虑以上纯技术 因素之外一定 要将技术条件提交全面准确 ，因为 一 旦 签订 合 同后 再 出现 由 于业 主 技术变更 引起 的设计变更必然引 起商务纠纷，不但影响供货价格更 会 影 响制 造 工 期 从 而 造 成 不 必 要 的损 失 3 如何阅读 离心式压缩机的 性 能 曲线 如图 1 所示 ，在以进 口体积流 量为横坐标 ，以出口压力为纵坐标 的典型离心式压缩机性能图。 3 ． 1 在 图中有三条斜 向上 曲线 a预 计喘振线，b抗喘振控制线。c 预计 最大 流量 控 制线 a 预计喘振线 此 线 表 示 压 缩 机 在 不 同 出 口 压力 下的预计期 望的最小流 量 。因 为这 条线是 “ 预期”线 ，也 就意味 着它是从理论计算出来，不是从实 际测出数据得到的。它的实际意义 表示压缩机在某种转速和 出口压 力下对 应最小流量 出现喘振 的 “ 可 能” 。在实际应用中一般与抗喘振 控制线一起使用体现压缩机对喘 振控 制 的 “ 裕 度 ” 。 b抗 喘振控制 线 虚线 此 线 表 示 压 缩 机 在 不 同 出 口 压力和转速是需要下的最小流量 ， 此线 与驱动机最大 连续转数配合 使用 可以得 到压缩机 能提供 的最 大出 口压力 即点 A，当压缩机在极 限点操作时如果再减小流量就会 使压缩 机实际操作点落人“ 喘振 区 ”从 而诱发 喘振 。 预计喘振线和抗 喘振控制线 之间 的距离越 大 ，意 味着压缩机在 操作时抗喘振能力越强 ，操作越安 全 。 c 预 计最 大流 量控 制线 线 表 示 压 缩 机 在 不 同 出 口压 力下 的预计 的最大 流量 ，可以直接 得到压缩机在某个转数时最大流 量操纵极限点 ，当压缩机在极限点 操作时如果再加大流量就会使压 缩机实 际操 作点落人 “ 气缚 区”从 而诱发气缚。 显而易 见 ，抗喘振控制线 和预 计 最大流量控制线 之间所夹 的范 围越宽 ，压缩机可操作范围越大压 缩机制造商水平越高。 3 ． 2在图中还有数条斜向下的各种 转 速 线 a 1 第一临界转速线 此线表示 压缩机如果在理论计算得到的挠 性 轴最 高第 一 临界转 速 下运行 时 ， 压 缩 机 进 口流 量 和 出 口压 力 的关 系 。它 的实 际 使 用 意 义 主要 有 两 个 1 开车时如何快速通过此危 险转数 。 2与压缩机最低运转转速曲 线共 同使用 ，显示压缩机最低转 速 与第一 临 界转 速之 问 的 “ 安全 裕度 ” 。 b 1 最低运转转速线 此线表示 压 缩 机 如果 在 理 论 计 算 得 到 的 最 低 转速下运行时 ，压缩机进 口流 量 和出 口压力 的关系 。它 的实际 使用意义主要有三个 1 体现压缩机整体对转数的 最低需求 ，此最低转数与叶轮设 计 ，振动设计 ，干气密封设计等因 o 0 。 ． 。 ． 石油和化工设备l 49 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 素有着 内在的联系。 2 与挠性轴最高第一临界转 速线共 同使用 ，显示压缩机最低 转速 与第一临界转速之 间的 “ 安 全裕度 ” ，二者之 间的距离越远 ， 说 明压缩机在操作的时候越不易 引发一阶临界频率下的振动。 3 与 1 0 0 ％转速线一起使用， 显示压缩机最低转速与 1 0 0 ％转速 间的“ 操作裕度” 。 c 1 任意运转转速线此线表示 压缩机在理论计算得到的最低转 速和理论计算获得 1 0 0 ％转速之间 某个特定转速运行时压缩机进 口 流量 和 出 口压 力 的关 系 。 d l 正常转速线此线表示压缩 机如果在理论计算获得 9 8 ％转速 下运行时压缩机进 口流量和出 口 压力 的关系。 e l 1 0 0 ％转速线 此线表示压缩 机理论计算获得 1 0 0 ％转速运行时 压缩机进 口流量和出口压力的关系。 它的实际使用意义主要有三个 5 。J 石 油 和 化 工 设 置 ． o0。 1与调节 范 围最大 流量 限定 线连用得到压缩机 的额定工作点。 2最低运转转速线一起使用， 显示压缩机最低转速与 l 0 0 ％转速 问的“ 操作裕度” 。 3 最低转速操作线和 1 0 0 ％转 速线之 间再加上抗 喘振控制线和 预计最大流量控制线并配合稳定 运转流量范围的两条竖线就构成 了一块 所 谓 的 “ 可操 作 区域 ” ，这 片区域越大说 明压缩机 的调节能 力越强压缩机制造商的设计水平 越高。 f 1可变驱动机最大连续转速 线 此线表示压缩机理论计算获得 1 0 0 ％转速乘以的 1 ． 0 5 倍即 1 0 5 ％转 速运行 时压缩机进 口流量和出 口 压力的关 系。这条线的意义在 于 显示压缩机在驱动机达到最大稳 定 转 速 时 的性 能 。 如果 驱 动 机 不 可 调速 此线 可 以不给 。 g 1 和h 1 燃气轮机和汽轮机的 跳 闸转速线 此 线表示 压缩 机在 燃气轮机或汽轮机 即将达到跳 闸 脱 钩 转 速 运 行 时压 缩 机 进 口流 量 和 出 口压 力 的关 系 。 这 条线 主 要 和可变驱动机最大连续转速线连 用 ，二 者之间距离越远越证明压 缩机越不 易在脱 钩转速下运行 ， 压缩机的安全型越高。 i 1 其他临界转速线此线表示 压缩机在挠性二阶临界转速 ，或 系统频率转数下运行时压缩机进 口流量和出 口压力的关系。实际 工作 中此线不给 出，只做设计时 的参考线 ，因为通常情况下此时 驱动 机 已经脱 钩 了。 3 ． 3 图中有四条竖直向上范围线 这 四条线规定 了压缩机的进 口流量调节范围和稳定运转范围。 这两个范围越宽 ，重合度越高越 说 明压 缩 机 调节 能 力 可 稳定 运 行 能 力越 强 。 在 压缩 机 的性 能 曲线 图上 ， 业 主要求 的流量和出口压力最大 最小值之间的线也可 以形成一个 所谓的 “ 工艺要求区” 。如果 “ 工 艺要求 区”被包含在 压缩机的 “ 可 操作 区域 ”之 中就说 明压缩机设 计满足业主要求。而且 “ 工艺要求 区”的区域占压缩机的 “ 可操作区 域”区域面积越小 ，说明压缩机运 行越安全越可靠。圈 ⋯美国石油协会 A P I 6 1 7 - 2 0 0 2石油、化学和气体工业用轴流压缩机和离心压 缩机以及膨胀机一压缩机标准 o 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m