李世勤

神华宁煤集团煤化工副产品深加工综合利用项目是400万吨/年煤炭间接液化项目副产品的深加工综合利用项目。本项目以石脑油、LPG和氢气为原料，新建100万吨/年裂解装置、45万吨/年聚乙烯装置、60万吨/年聚丙烯装置、15万吨/年合成氨装置四套工艺生产装置。其中合成氨装置为本项目四套工艺装置之一，利用来自煤制油装置的氢气、本项目裂解装置的氢气以及煤制油装置的氮气生产液氨产品。在项目开始之时，我们对合成氨装置合成气压缩机的选型进行过分析比选。结合往复式压缩机与离心式压缩机技术特点、本项目合成氨装置规模、装置操作弹性、装置能耗及装置投资等多方面因素，最终确定了压缩机选型。

1 往复式压缩机与离心式压缩机技术特点及选型

一般来说，往复压缩机具有效率高、适应气体分子量范围宽，压缩比大等优点，同时也有连续运行周期较短，占地面积大，维护工作量较大等缺点；离心压缩机具有连续运行时间较长、占地较小、维护工作量较小等优点，同时也有效率相对往复压缩机较低，对气体的流量、分子量和压比变化敏感，难于适用小流量、高压比工况等缺点。 本项目合成气压缩机的压缩介质为氮气、氢气比接近1：3的氢氮气压缩机，新鲜气排出状态为14.1MPa，100℃，单台压缩机新鲜气流量为9572kg/h，流量小，且平均分子量小、压比高。

如选用往复压缩机组，可选择国产机型，考虑两开一备（即50%备用）。经计算选择4M80机型，需三级压缩，第三级有两个气缸并联。根据国内某压缩机厂家提供的数据，额定工况单台压缩机轴功率：2331kW，两台压缩机同时运行功率为4662kW （根据项目要求，合成氨装置需要在60%～110%负荷操作）。此种类型压缩机组在国内均有较多使用业绩。各级气缸直径均在265mm至390mm之间，为往复压缩机的常规的较小气缸直径，不存在缸径过大或过小等非常规情况，总体上为常规、技术成熟可靠的机型。

如采用离心压缩机组，不需要设置备机，选用径向剖分压缩机。工艺气体的状态气体流量较小，需选用较小直径的叶轮；但压缩比又较大，应选用较大叶轮来实现较高的能量头系数，这两者是矛盾的。如果每个压缩缸按目前常规最多装8个叶轮计算，用高低压两个压缩缸串联起来，满足工艺需要的难度很大。因为两个缸需在相同轉速、选用同档叶轮，靠近入口的叶轮就要宽流道，在较高流量系数和马赫数下运行；随着气体被逐级压缩，状态流量也逐级变小，需选用窄流道叶轮，该叶轮在较低流量系数和马赫数下运行，整个压缩机的叶轮匹配难度大，操作流量调节范围小，整机效率低。

2 压缩机的操作维修及能耗分析

2.1 往复压缩机操作维修及能耗分析

往复压缩机属于容积式压缩机，具有较长的使用和发展历史。其技术优点主要有：效率较高，机组控制系统和操作相对简单。本项目合成氨装置原料为来自烯烃裂解装置的氢气及来自煤制油装置的氢气和氮气，合成氨装置的操作弹性为60%～110%。为适应不同装置负荷操作，可设有三台往复压缩机（两开一备），每台压缩机流量调节除采用回流调节外，还设有顶开进气阀调节，能实现只压缩50%流量调节方式，节能效果好。往复压缩机操作灵活，可根据上游所来氢气量，采取单台压缩机操作，两台压缩机并联操作或者50%负荷加回流调节操作等模式，装置能耗低，适应工艺变化能力强。

根据本项目可研报告，电度电费为0.38元/kWh，两台压缩机额定负荷运行时功率为4662KW，年耗电费约为1417万元。 往复压缩机组的检测和控制系统比离心压缩机组简单，主要是机组的润滑油系统，工艺气的密封、隔离系统、顶开进气阀的控制系统和其它温度、振动检测仪表等。但其易损件较多，连续运转时间较短，维修工作量会较大。

2.2 离心压缩机操作维修及能耗分析

离心压缩机组是目前使用最广泛的气体压缩机械。其显著的优点是流量大、运行周期长。离心压缩机对高压缩比、分子量小的气体不适用，就流量范围而言，与往复压缩机比，气体流量越大，离心压缩机的优势越明显。

离心压缩机组的辅机系统大都比往复压缩机组的辅机系统复杂。机组的辅机系统包括机组润滑油系统和轴系检测系统，离心压缩机的干气密封系统和反飞动控制系统，如果是汽轮机驱动，还包括控制油系统和/或冷凝汽系统等。辅机系统的测点和自动控制点多，机组的正常运行对辅机系统的依存度高，要求辅机系统的可靠性好，也要求操作人员有很好的能力和使用经验。

本项目除了考虑采用汽轮机驱动外，还可考虑变频电机驱动。但需要增加一套10KV变频器设备，该设备国产价格大约400～500万元，投资较大，同时增加了管理、运行和维护的工作量，对于整个电气系统来说，由于增加了一级设备，也增大了系统出现故障的风险。

以变频电机驱动离心机压缩机计算，压缩机额定工况轴功率为5886KW， 年耗电费约为1789万元。因此与往复压缩机相比，每年电费将多出372万元，装置运行成本高。

本项目合成氨装置负荷受上游氢气供应影响，当装置在低负荷运行时，合成气压缩机防喘振阀打开，装置运行能耗较高。

3 合成气压缩机选型总结

通过以上比选可以看出，就本装置的合成气压缩机组而言，采用往复压缩机具有较好的可靠性、较低的购置费用、较低的运行费用、操作灵活；常规离心压缩机的技术优势虽然很多，但由于本项目工艺要求较高的压比和较小的流量，尽管本项目可以采用离心压缩机，但存在设备投资高、运行费用高、操作复杂、机型设计尚待评估等缺点，因此本项目确定合成气压缩机采用往复压缩机组。

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