BDO裝置氫氣循環(huán)壓縮機(jī)國(guó)產(chǎn)化選型分析

崔廣林

(中國(guó)石化儀征化纖股份有限公司BDO生產(chǎn)中心，江蘇儀征 211900)

BDO裝置氫氣循環(huán)壓縮機(jī)國(guó)產(chǎn)化選型分析

崔廣林

(中國(guó)石化儀征化纖股份有限公司BDO生產(chǎn)中心，江蘇儀征 211900)

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外幾家知名壓縮機(jī)廠家提供的選型方案進(jìn)行分析比較，綜合各方面的因素，選擇沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司BCL602型筒形兩端支撐離心壓縮機(jī)作為儀化BDO項(xiàng)目中氫氣循環(huán)壓縮機(jī)，為BDO項(xiàng)目進(jìn)口關(guān)鍵設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化替代提供了合理的途徑。

1，4-丁二醇 離心壓縮機(jī) 氫氣 國(guó)產(chǎn)化

儀征化纖0.1 Mt/a 1，4-丁二醇項(xiàng)目BDO單元?dú)錃庋h(huán)壓縮機(jī)C2201為離心式壓縮機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，配有調(diào)速齒輪箱，在線單臺(tái)設(shè)置，無(wú)備臺(tái)，正常工作時(shí)入口壓力為6.08 MPa(絕壓)，出口壓力為6.38 MPa(絕壓)，軸功率約2 100 kW，供給加氫反應(yīng)器所需的氫氣流。該設(shè)備運(yùn)行壓力較高，功率大，可靠性要求高，工藝介質(zhì)是循環(huán)氫氣，與加氫反應(yīng)器聯(lián)鎖，是裝置生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，其性能好壞及運(yùn)行穩(wěn)定性直接影響B(tài)DO裝置的正常運(yùn)行。

1 方案特點(diǎn)

Davy生產(chǎn)工藝的BDO裝置使用的氫氣循環(huán)壓縮機(jī)基本為懸臂式離心壓縮機(jī)，而此類(lèi)型機(jī)組在世界上化工類(lèi)行業(yè)應(yīng)用較多，技術(shù)成熟的國(guó)外設(shè)備制造商有西門(mén)子股份公司、GE公司、阿特拉斯-科普柯工業(yè)公司等，而國(guó)內(nèi)僅沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“沈鼓”)具有相對(duì)較強(qiáng)的離心機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)，但其懸臂式離心機(jī)在氫氣介質(zhì)上應(yīng)用還不成熟。

各制造商最初為該項(xiàng)目的氫氣循環(huán)壓縮機(jī)組提供的各類(lèi)方案可歸結(jié)為以下3種方案:

a)整體組裝的兩級(jí)壓縮、齒輪增速型懸臂式離心壓縮機(jī)［1］，即兩個(gè)葉輪懸臂安裝在小齒輪軸外端，干氣密封安裝在葉輪與軸承中間，電機(jī)通過(guò)較大齒輪帶動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，見(jiàn)圖1。特點(diǎn)是:①兩端閉式葉輪，效率高;②軸向進(jìn)氣，效率較高;③兩級(jí)對(duì)稱(chēng)布置，軸向力平衡，運(yùn)行平穩(wěn);④懸臂式葉輪質(zhì)量大，撓度較大，不利于平穩(wěn)運(yùn)行;⑤干氣密封位于葉輪與軸承之間，使軸較長(zhǎng)，又增加了撓度。為盡量縮短軸長(zhǎng)，使干氣密封處較短，安裝困難，拆裝工作量大，每次都須先拆下葉輪;⑥對(duì)葉輪的安裝要求較高，要過(guò)盈配合，增加其平穩(wěn)性;⑦進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)，利于均勻改變流量，能量損失小，調(diào)節(jié)范圍寬，但導(dǎo)葉傳動(dòng)桿部位密封壽命短，此處易泄露;⑧其懸臂式壓縮機(jī)在有毒、易燃易爆氣體的應(yīng)用實(shí)踐較少。

圖1 兩級(jí)懸臂式壓縮機(jī)

b)單級(jí)壓縮、懸臂式離心壓縮機(jī)，即單個(gè)葉輪懸臂安裝在齒輪外側(cè)，干氣密封位于葉輪和軸承中間，見(jiàn)圖2。特點(diǎn)是:①葉輪轉(zhuǎn)速較高，為降低應(yīng)力采用半開(kāi)式葉輪，運(yùn)行初期間隙較小，運(yùn)行效率較高，但隨著時(shí)間增長(zhǎng)，間隙增大，效率降低;②單級(jí)葉輪，兩側(cè)不對(duì)稱(chēng)，軸向力較大，不利于平穩(wěn)運(yùn)行，對(duì)軸承損害大;③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅一個(gè)葉輪和密封，拆裝維修方便;④其他特點(diǎn)同上述兩級(jí)壓縮懸臂式壓縮機(jī)。

圖2 單級(jí)懸臂式壓縮機(jī)

c)兩端支撐、兩級(jí)壓縮、垂直剖分的筒形壓縮機(jī)，即兩個(gè)葉輪串聯(lián)排列在軸承中間，級(jí)間設(shè)有隔板束和迷宮密封，兩端支承，干氣密封位于葉輪與軸承之間，采用電機(jī)+增速箱+壓縮機(jī)串聯(lián)方式，電機(jī)與增速箱、增速箱與壓縮機(jī)間均設(shè)有聯(lián)軸節(jié)，見(jiàn)圖3。特點(diǎn)是:①運(yùn)行平穩(wěn);②懸臂質(zhì)量小，只有聯(lián)軸器端懸臂;③兩級(jí)壓縮的轉(zhuǎn)速較低;④齒輪箱為常規(guī)的增速箱，便于檢修;⑤入口節(jié)流閥調(diào)節(jié)流量，能量損失較大，調(diào)節(jié)范圍窄。

圖3 筒形兩端支撐壓縮機(jī)

2 選型分析

綜上所述3種方案，b方案最佳，壓縮機(jī)效率最高，功耗最低。國(guó)外如西門(mén)子和阿特拉斯等著名壓縮機(jī)生產(chǎn)商均推薦使用b方案的單級(jí)懸臂式壓縮機(jī)，效率高，流量調(diào)節(jié)范圍廣［2］，但目前國(guó)內(nèi)壓縮機(jī)在細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的合理性、機(jī)加工精度、裝配精度及材料熱處理工藝與國(guó)外知名廠商仍存在一定的差距，懸臂式壓縮機(jī)在氫氣介質(zhì)中應(yīng)用不多，主要是因?yàn)閲?guó)內(nèi)在入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)桿處密封和葉輪懸臂長(zhǎng)度問(wèn)題上技術(shù)不夠成熟，易發(fā)生泄露和振動(dòng)過(guò)大問(wèn)題，限制了國(guó)內(nèi)這種方案壓縮機(jī)的應(yīng)用。

沈鼓在山西三維BDO項(xiàng)目上應(yīng)用的a方案壓縮機(jī)效果不理想，主要是因?yàn)閲?guó)產(chǎn)設(shè)備內(nèi)在導(dǎo)葉調(diào)節(jié)桿處密封和葉輪懸臂長(zhǎng)度問(wèn)題上技術(shù)仍不夠成熟，限制了這種方案壓縮機(jī)的應(yīng)用。

沈鼓推薦了c方案的壓縮機(jī)機(jī)型，即筒形兩端支撐，入口節(jié)流調(diào)節(jié)的離心壓縮機(jī)。該機(jī)型為幾十年前引進(jìn)意大利新比隆技術(shù)。其最大特點(diǎn)是運(yùn)行平穩(wěn)，振動(dòng)小，密封效果好，技術(shù)應(yīng)用成熟，業(yè)績(jī)較多。沈鼓應(yīng)用在氫氣介質(zhì)上的筒形壓縮機(jī)有近200臺(tái)業(yè)績(jī)，均運(yùn)行良好。但從原理分析，該種機(jī)型效率相對(duì)較低，能耗較大。

通過(guò)對(duì)沈鼓、GE以及西門(mén)子3家技術(shù)報(bào)價(jià)方案的對(duì)比計(jì)算得到，該筒型壓縮機(jī)的運(yùn)行功耗要超出約11.3%，折合年運(yùn)行費(fèi)用約100萬(wàn)人民幣，但考慮到BDO裝置中的這臺(tái)循環(huán)氫壓機(jī)組是裝置中的關(guān)鍵設(shè)備，僅有1臺(tái)，其工作好壞直接影響到整個(gè)裝置是否能正常運(yùn)行，故在滿足工藝要求和設(shè)備運(yùn)行可靠性的前提下，適當(dāng)增加的功耗可以接受。

筒形壓縮機(jī)密封性較好，運(yùn)行平穩(wěn)，噪音小，無(wú)需拆卸葉輪即可更換檢修干氣密封系統(tǒng)，拆裝較為方便。從售后技術(shù)支持的及時(shí)性和便利性來(lái)說(shuō)，沈鼓要優(yōu)于國(guó)外廠家。另外，國(guó)內(nèi)設(shè)備造價(jià)相對(duì)較低也是該設(shè)備國(guó)產(chǎn)化選型的一個(gè)重要原因。

該機(jī)組在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)，徑向機(jī)械振動(dòng)僅7 μm，遠(yuǎn)小于API規(guī)定的“機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)的徑向軸承處振幅不超過(guò)25 μm”的標(biāo)準(zhǔn)，屬于沈鼓廠優(yōu)質(zhì)機(jī)組。試驗(yàn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音極低，說(shuō)明了此種類(lèi)型壓縮機(jī)的技術(shù)成熟和可靠性。

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，儀征化纖0.1 Mt/a 1，4-丁二醇項(xiàng)目BDO單元?dú)錃庋h(huán)壓縮機(jī)最終選擇了沈鼓生產(chǎn)的BCL602型筒形兩端支撐離心壓縮機(jī)。該壓縮機(jī)在儀化項(xiàng)目中的應(yīng)用，為BDO項(xiàng)目關(guān)鍵機(jī)組的國(guó)產(chǎn)化提供了合理的途徑，同時(shí)也為國(guó)內(nèi)廠家離心機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)不斷的發(fā)展和進(jìn)步趕超世界先進(jìn)水平提出了新的課題。

［1］API 617-2002.石油化學(xué)和氣體工業(yè)用軸流離心壓縮機(jī)及膨脹機(jī)-壓縮機(jī).

［2］姜培正.過(guò)程流體機(jī)械［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

Selection and analysis of localization of hydrogen centrifugal compressor in BDO plant

Cui Guanglin
(Sinopec Yizheng Chemical Fibre Company Limited BDO Production Center，Yizheng Jiangsu 211900，China)

This passage compares several schemes offered by some well-known compressor suppliers at home and abroad and synthesizes merits and drawbacks of different types of compressors and finally makes a conclusion that ShenGu BCL 602 type cylindrical centrifugal compressor of two supports is the best choice for hydrogen compressor of BDO projects.The conclusion provides sufficient theoretical references for mass production of hydrogen compressors of BDO projects at home.

BDO;centrifugal compressor;hydrogen;localization

223.162

B

1006-334X(2012)03-0056-03

2012-08-01

崔廣林(1986—)，男，山東德州人，助理工程師，現(xiàn)主要從事化工設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)管理工作。