淺談運用生命周期成本分析選型壓縮機

簡正(廣東寰球廣業(yè)工程有限公司,廣東省 廣州市 510655)

壓縮機是石油化工項目中相當(dāng)常見并且價格較高的轉(zhuǎn)動設(shè)備。從工程設(shè)計的角度看，壓縮機的選型主要取決于工藝要求和轉(zhuǎn)動設(shè)備機械要求，在很多時候能夠滿足這兩種要求的方案往往并不是唯一的。譬如說，建設(shè)一個庫容為12萬立方的LPG低溫庫區(qū)，由于低溫常壓儲罐的揮發(fā)氣體流量隨著外界溫度和大罐液位的變化而不同，而壓縮機出口的壓力要求并不太高，因此揮發(fā)氣體回收壓縮機既可以采用變頻式離心壓縮機、又可以采用噴油螺桿壓縮機，又或者采用往復(fù)式壓縮機。在面對若干個可選方案時，進(jìn)行壓縮機生命周期成本分析，能夠有助于確定最終方案。

1 總則

壓縮機生命周期成本分析的原理是通過等額年金現(xiàn)值計算的方法，分析設(shè)備長期操作維護的各類費用，再加上設(shè)備一次購買的費用，求得整個生命周期的總成本。生命周期成本分析的基本公式如下：

LCC=IC+OC

LCC：設(shè)備生命周期總成本，單位為元或其他貨幣單位；

IC:設(shè)備的購買費用，采用壓縮機制造廠的報價，單位為元或其他貨幣單位；

OC:生命周期操作維護成本的現(xiàn)值，單位為元或其他貨幣單位；

OC=P*EF*電機總數(shù)量

其中，P是壓縮機的實際功率，單位為kW；EF是電機評估系數(shù)，單位為元/Kw；

EF=PV*EC*AH

其中EC為能耗費用，單位為元/kW hr；PV是若干年的現(xiàn)值系數(shù)；AH是實際年操作時間，假如連續(xù)操作的工廠，年操作時間應(yīng)為8760小時，所以AH=OF*8760；

OF為操作系數(shù)，譬如新購了三臺壓縮機，正常的工況為兩開一備，那么操作系數(shù)為2/3。

壓縮機一般屬于長周期設(shè)備，那么要求壓縮機生命周期成本分析與壓縮機選型工作必須在基礎(chǔ)設(shè)計階段內(nèi)完成。

2 壓縮機生命周期成本分析流程

3 案例分析

為了具體地講述生命周期成本分析的整個流程，以下的章節(jié)將會引用一個例子進(jìn)行詳細(xì)地論述。假設(shè)某原油處理廠準(zhǔn)備新建一套火炬氣壓縮回收裝置，以到達(dá)減排的環(huán)保目的。

3.1 確認(rèn)項目輸入條件

壓縮機的工藝要求如下表：

工藝參數(shù)溫度入口壓力出口壓力流量單位°C K Pa(G)K Pa(G)Nm3/h r最小操作值8212750操作值533.512751675設(shè)計值120158515852233

氣體物料組分：

組分名稱甲烷CH 4乙烷C2 H 6丙烷C3 H 8二氧化碳CO2硫化氫H 2 S二氧化硫氮氣N2百分總數(shù)平均分子量摩爾質(zhì)量16.04330.0744.09744.0134.0064.06428.013摩爾百分比96.11.51.51500 p p m 000.910016.7

3.2 確定初選方案

根據(jù)以上的輸入條件，考慮到火炬氣流量不穩(wěn)定、壓縮比較大、且含有微量的酸性氣體，結(jié)合目前市場上的壓縮機樣本，可以初步得到以下兩種方案：

方案一、

兩種類型壓縮機串聯(lián)：第一階段采用1臺液環(huán)壓縮機，第二階段采用1臺無油螺桿壓縮機。第一階段中的液環(huán)壓縮機具有內(nèi)部間級冷卻功能。被壓縮后的工藝氣體夾帶少量的密封液進(jìn)入一個帶除霧板的氣液分離罐后，再經(jīng)過空冷器冷卻后進(jìn)入第二階段的壓縮。而在氣液分離罐中沉降下來的密封液將會經(jīng)過空冷器冷卻后，再重新回到液環(huán)壓縮機。進(jìn)入第二階段的壓縮氣體首先經(jīng)過吸入口緩沖罐，然后由無油螺桿壓縮機升壓后，再經(jīng)過空冷器的冷卻，最后送至下游系統(tǒng)，完成整個回收過程。

方案二、

單一類型壓縮機：1臺噴油螺桿壓縮機。工藝氣體首先經(jīng)過吸入口緩沖罐，然后由噴油螺桿壓縮機升壓。壓縮完的工藝氣體隨后進(jìn)入一個帶潤滑油吸附器的油氣分離罐進(jìn)行除油，再經(jīng)過空冷器的冷卻，最后送至下游系統(tǒng)，完成整個回收過程。同時，在油氣分離罐中分離出來的潤滑油將會經(jīng)過空冷器冷卻，再用輸送泵重新注入壓縮機內(nèi)。

3.3 確認(rèn)成本分析輸入數(shù)據(jù)

3.3.1 假設(shè)壓縮機生命周期期限為20年，年利率為5.9%，那么求得現(xiàn)值系數(shù)如下表：

n 1234567891011121314151617181920(1+i)^n 1.0591.1211.1881.2581.3321.4111.4941.5821.6751.7741.8791.9902.1072.2312.3632.5022.6502.8062.9723.147(1+i)^n-10.0590.1210.1880.2580.3320.4110.4940.5820.6750.7740.8790.9901.1071.2311.3631.5021.6501.8061.9722.147 i(1+i)^n 0.0620.0660.0700.0740.0790.0830.0880.0930.0990.1050.1110.1170.1240.1320.1390.1480.1560.1660.1750.186[(1+i)^n-1]/[i(1+i)^n 0.9441.8362.6783.4734.2244.9335.6026.2346.8317.3957.9278.4308.9059.3539.77610.17610.55310.90911.24611.564

3.3.2 假定壓縮機制造廠針對三個方案分別返回了技術(shù)標(biāo)文件，根據(jù)技術(shù)標(biāo)列出所有用電設(shè)備及其功率。

方案一、

設(shè)備位號K-001 E-001設(shè)計溫度120°C 120°C描述液環(huán)壓縮機第一階段后空冷器無油螺桿壓縮機第二階段后空冷器操作壓力出口517 k Pa(G)200 k W K-002功率700 k W 11.2 k W出口1723 k Pa(G)80°C 120°C E-00211.2 k W操作溫度80°C設(shè)計壓力850 k Pa(G)850 k Pa(G)2000 k Pa(G)2000 k Pa(G)120°C

方案二、

設(shè)備位號功率操作溫度設(shè)計溫度K-001450 k W 80°C描述噴油螺桿壓縮機后空冷器120°C 38k W E-001操作壓力出口1280 k Pa(G)設(shè)計壓力1500 k Pa(G)1500 k Pa(G)120°C

E-002 E-003 P-001A P-001B潤滑油空冷器潤滑油加熱器潤滑油循環(huán)泵潤滑油循環(huán)泵30 k W 6 k W 11.2 k W 11.2 k W 1500 k Pa(G)1500 k Pa(G)1000 k Pa(G)1000 k Pa(G)120°C 120°C 120°C 120°C

3.3.3 操作維護費用分析

方案一、

位號評估系數(shù)EF描述費用單價電機功率電機運行數(shù)量電機備用數(shù)量11.5611.5611.56 K-00111.56 K-002 E-00156,708,400元907,335元16,202,400元907,335元0.8元/k Wh r 0.8元/k Wh r 0.8元/k Wh r 0.8元/k Wh r K-001 E-0022.5元/電費液環(huán)壓縮機第一階段后空冷器無油螺桿壓縮機第二階段后空冷器密封液補充費用液環(huán)壓縮機維修費用整個壓縮機單元合計m3700 k W 11.2 k W 200 k W 11.2 k W流量2 m3/h r 0 0 0 0 01 1 1 1 11 1 1 1 1 1人81012元/k W 81012元/k W 81012元/k W 81012元/k W操作系數(shù)11.56 m3506,328元N/A N/A 11.56253,164元/現(xiàn)值系數(shù)PV 60元/h r N/A 6,075,936元操作費OC 6,075,936元81,307,734元

A.假設(shè)某地工業(yè)用電電費為0.80元一度；

B.采用工廠水作為液環(huán)壓縮機密封液，假設(shè)某地工業(yè)用水水費為2.50元一立方；

C.此案例不考慮除水、電外的其他公用工程消耗量；

D.維修費用應(yīng)與業(yè)主進(jìn)行商榷。

方案二、

位號描述費用單價電機功率電機運行數(shù)量操作系數(shù)現(xiàn)值系數(shù)PV評估系數(shù)EF操作費OC K-001450 k W 38k W電費噴油螺桿壓縮機11.56 E-001后空冷器E-00236,455,400元3,078,456元2,430,360元486,072元453,667元453,667元0.8元/k Wh r 0.8元/k Wh r 0.8元/k Wh r 0.8元/k Wh r 0.8元/k Wh r 0.8元/k Wh r潤滑油空冷器潤滑油加熱器潤滑油循環(huán)泵潤滑油循環(huán)泵潤滑油補充費用30 k W 11.560 0 0 0 0 0電機備用數(shù)量6 k W 11.2 k W 11.2 k W流量E-003 P-001A P-001B 1 1 1 1 1 11 1 1 111.560.50.511.5611.5611.5681012元/k W 81012元/k W 81012元/k W 81012元/k W 40506元/k W 40506元/k W

445,570元K-001噴油螺桿壓縮機維修費用整個壓縮機單元0.04加侖/h r 1110元/加侖01人45元/h r N/A N/A N/A 11.5611.56111,139,216元/加侖4,556,952元合計4,556,952元43,803,192元

A.假設(shè)某地工業(yè)用電電費為0.80元一度；

B.假設(shè)壓縮機所需的潤滑油為110元一加侖；

C.此案例不考慮除電和潤滑油外的其他公用工程消耗量；

D.維修費用應(yīng)與業(yè)主進(jìn)行商榷。

3.3.4 生命周期成本評估

分析操作維護費用后，結(jié)合壓縮機制造廠的報價進(jìn)行比較和評估。

位號描述設(shè)備數(shù)設(shè)備購買費用操作費用方案一K-001 E-001 K-002 E-002液環(huán)壓縮機第一階段后空冷器無油螺桿壓縮機第二階段后空冷器密封液補充費用維修費用合計量 1 1 1 168,547,590元包含在整個壓縮機單元內(nèi)包含在整個壓縮機單元內(nèi)包含在整個壓縮機單元內(nèi)N/A N/A 68,547,590元56,708,400元56,708,400元907,335元16,202,400元506,328元6,075,936元81,307,734元生命周期總費用125,255,990元56,708,400元907,335元16,202,400元506,328元6,075,936元149,855,324元方案二

K-001 E-001 E-002 E-003 P-001A P-001B噴油螺桿壓縮機后空冷器潤滑油空冷器潤滑油加熱器潤滑油循環(huán)泵潤滑油循環(huán)泵潤滑油補充費用維修費用合計1 1 1 1 1 143,400,000元包含在整個壓縮機單元內(nèi)包含在整個壓縮機單元內(nèi)包含在整個壓縮機單元內(nèi)包含在整個壓縮機單元內(nèi)包含在整個壓縮機單元內(nèi)N/A N/A 43,400,000元36,455,400元3,078,456元2,430,360元486,072元453,667元453,667元445,570元4,556,952元43,803,192元79,855,400元3,078,456元2,430,360元486,072元453,667元453,667元445,570元4,556,952元87,203,192元

通過比較上述表各類數(shù)據(jù)，可以明顯地知道“方案二”無論在一次購買的費用上，還是長期操作維護的費用上，均優(yōu)勝于“方案一”。加上噴油螺桿壓縮機固有的可靠性高、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、占地緊湊等優(yōu)點，再配合制造廠抗酸性氣體選材和高效的吸附脫油技術(shù)，可以推斷出噴油螺桿壓縮機是本工況最佳的選擇。

4 結(jié)語

在石油化工工程設(shè)計過程中，把常規(guī)的壓縮機選型原則和生命周期成本分析方法結(jié)合在一起，從設(shè)計理論、工程經(jīng)濟兩個不同的角度上作充分的考慮，無疑可以篩選出可靠、安全、經(jīng)濟性好的合理方案。

[1]《工程經(jīng)濟學(xué)（第9版）》清華大學(xué)出版社.