压缩机在国内的应用及发展

1、目录目录 1 1摘要 2 2引言 3 31 1 离心式压缩机在国内的应用和发展 4 42 2 往复式压缩机在国内的应用和发展 5 53 3 螺杆式压缩机在国内的应用及发展 6 64 4 石化工业今后对气体压缩机的需求 7 75 5 大型压缩机国产化任重道远 8 8致谢 1111参考文献 1111试论气体压缩机在石化行业的发展及应用摘要气体压缩机是对气体进行压缩，产生气体压缩能量的设备。对气体进行压缩的目的是输送气体或者为化学反应创造必要的条件。石化企业用空气压缩机，则是把空气作为氧化反应气体或者把压缩空气作为动力。气体压缩机是石化装置的关键设备，大部分石化装置都有气体压缩机。一般常用的有离心式

2、压缩机、往复式压缩机、螺杆式压缩机等。大多数压缩机输送介质为石油混合气体、天然气、氮气、氢气、甲烷、乙烯、丙烯等。鉴于石化生产装置大多数在高温、高压、易燃、易爆、腐蚀、有毒、长周期连续生产条件下运行，因此要求压缩机组必须做到整体性能好，效率高，结构紧凑，占地面积小，运转平稳可靠，无故障运转时间达到 24000h 以上，而且可以满足各种工况的需要。关键词：离心式压缩机、往复式压缩机、压缩比Abstract：Gascompressoristocompressthegastoproduceenergygascompressionequipment.Thepurposeofthegascompress

3、ionisthetransmissionofgasorachemicalreactiontocreatethenecessaryconditions.Aircompressorpetrochemicalenterprises,itistheoxidationofgasorairasthecompressedairasthedrivingforce.Petrochemicalplantgascompressoristhekeyequipment,mostpetrochemicalplantsaregascompressors.Commonlyusedwithcentrifugalcompress

4、ors,reciprocatingcompressors,screwcompressors.Mostofthetransfermediuminthecompressoroilmixedgas,naturalgas,nitrogen,hydrogen,methane,ethylene,propyleneandsoon.Inviewofthemajorityofthepetrochemicalplantathightemperature,highpressure,flammable,explosive,corrosive,toxic,longperiodundertheconditionsofco

5、ntinuousproductionrun,thusrequiringtheoverallperformanceofthecompressorgroupmustbegood,highefficiency,compactstructure,smallfootprint,smoothandreliable,trouble-freerunningtimetoreachthemorethan24000handmeettheneedsofvariousconditions.引言炼油生产中常用的压缩机主要为催化裂化装置的主风机和富气压缩机，催化重整装置和加氢装置的循环氢压缩机和新氢压缩机，焦化装置的焦化气

6、压缩机等。高压氢气压缩机由于规模和工艺流程不同，并且有硫化氢等介质腐蚀，制造难度大，世界上只有少数几个国家能够制造，如美国德来赛一兰德公司、意大利新比隆公司、德国博尔齐格公司等1。乙烯成套生产装置中的压缩机数量最多，如乙烯裂解装置的裂解气压缩机、丙烯压缩机、乙烯压缩机；聚乙烯装置的循环气压缩机和乙烯压缩机；聚丙烯装置的循环气压缩机和丙烯压缩机；PTA 装置和丙烯月青装置的工艺空气压缩机等。其中乙烯裂解装置的裂解气压缩机、 丙烯压缩机和乙烯压缩机， 俗称“三机”， 能耗占装置总能耗的 2040%，因此，降低压缩机能耗对降低装置能耗具有重要意义。目前，国外已采用了高效率三元流动叶轮及与其匹配良好的

7、固定元件，使其压缩机效率比原来提高 5%以上，整机效率高达 82%,而且运转平稳，检测、报警及联锁停车系统控制水平高，可保证装置 3 年的运转周期。高压聚乙烯装置中的超高压压缩机是石化生产装置中压力最高的往复压缩机，排气压力达到 350MPa。世界上最大的乙烯装置用压缩机供应商当属德来赛一兰德公司、新比隆公司、三菱重工、德马格公司、瑞士苏尔寿公司等。化肥生产中用的离心压缩机，主要有工艺空气压缩机、合成气压缩机、二氧化碳压缩机、氮气压缩机、氨压缩机；空分空压装置的空气压缩机、氧气压缩机、氮气压缩机等。由于合成氨装置不断向大型化发展，用户对压缩机组的能耗、可靠性、配套水平等技术指标的要求也越来越高

8、。目前，世界上先进的压缩机制造厂家都在致力于这方面的研究，并取得了很大进展。如在压缩机气动性能设计上使用的程序，能适用于几百个大气压，大大提高了计算精度；转子稳定性研究，已经研制出超二阶、三阶的高柔性转子，并已成功应用于产品的设计。此外，国外在压缩机有关部件成套技术上也有了很大发展，如密封、轴承、调节系统、辅机配套水平、机组自动化控制及故障诊断水平等方面取得了突破性的进展。1 离心式压缩机在国内的应用和发展目前离心式压缩机发趋势是：在石化领域，目前国内离心压缩机在高技术和特殊产品等方面还不能满足国内的需要。另外在技术水平、质量、成套性等方面与国外还有差距。随着我国石化生产规模的不断扩大，离心压

9、缩机在大型化方面将面临新的课题，国内在设计制造这些大型气体压缩机上还没有成熟的经验。离心式压缩机需要向大容量发展，以满足我国石化生产规模不断扩大的要求，同时随着新技术的发展、新型气体密封、磁力轴承和无润滑联轴器的出现离心式压缩机的发展趋势主要表现为：不断开发高压和小流量产品；进一步研究三元流动理论，将其应用到叶轮和叶片扩压器等元件的设计中，以期达到高效机组；低噪声化，采用噪声防护以改善操作环境2。国内可以生产石化用离心压缩机的制造企业主要有沈阳鼓风机厂、上海鼓风机厂、陕西鼓风机厂等 I。 他们引进国外技术， 经过消化吸收， 可以生产石化用大型离心压缩机。沈阳鼓风机厂从意大利新比隆公司引进了 M

10、CL、BCL、PCL 三个离心压缩机系列的全套设计制造专利技术；从日本日立公司引进了 DH 型离心压缩机、HS 型工业冷冻机设计制造专利技术，从美国费城齿轮公司引进了 MHS、HS、HSS、HSD 四个系列的高速齿轮变速器的设计制造专利技术；从德国德马格公司引进了 VK8 型组装式离心压缩机设计制造专利技术和从日本川崎重工株式会社引进了 GM 型污水处理鼓风机技术。沈阳鼓风机厂生产的离心压缩机在国内石化企业已经应用 200 多台，市场占有率已达 80%以上。沈鼓厂生产的 300 万 t/a 催化裂化装置富气压缩机进口流量达到 81600Nm3/h,功率达到7166kW;离心式循环氢压缩机流量达

11、到 250000Nm3/h,功率达到 1600kW,出口压力达到18MPa,已经应用于 120 万 t/a 加氢裂化装置；沈鼓厂自行设计、制造的裂解气压缩机流量达到 120000Nm3/h,功率达到 18000kW;同国外合作设计、制造的丙烯压缩机流量达到 58000Nm3/h,功率达到7500kW;乙烯压缩机流量达到74000Nm3/h,功率达到5500kW,已经应用到3050万 t/a 乙烯裂解装置。 沈鼓厂自行设计和制造的大化肥装置的空气压缩机、 天然气压缩机、氨压缩机、二氧化碳压缩机已应用于 2030 万 t/a 化肥装置；沈鼓设计制造的空气压缩机流量达到 220000Nm3/h,功率

12、达到 17580kW,已经应用于 40000Nm3 空分装置。陕西鼓风机厂引进瑞士苏尔寿公司 A/AV 型所有系列、 12 种机型轴流压缩机技术专利和技术秘密， 成功设计、 制造了 170多台套性能优良的轴流压缩机，其中 60 多台套用于炼油厂催化裂化装置的主、备风机。其中为大连石化公司 350 万 t/a 催化裂化装置制造的主风机是目前国内石化装置中最大的轴流压缩机，流量达到 300000Nm3/h,功率达到 40000kW。目前国内离心压缩机在高技术、高参数、高质量和特殊产品方面还不能满足国内需要。另外在技术水平、质量、成套性上和国外还有差距。随着石化生产规模不断扩大，离心压缩机大型化方面

13、面临新的课题网。100 万 t/a 乙烯三机中的裂解气压缩机，进口流量达到 403000kg/h,出口压力达到 3.89MPa,轴功率达到 45770kW。45 万 t/aPTA 装置原料空气压缩机（带尾气透平）进口流量 162413Nm3/h,进出口压力 0.1/1.46MPa,轴功率 22000kW,国内在设计制造这些大型气体压缩机上还没有成熟的经验。2 往复式压缩机在国内的应用和发展目前往复式压缩机发展方向是：往复压缩机在石化工业的应用很广，国际上随着炼油、乙烯、化肥等产业的高速发展，极大地拉动了往复压缩机设计和制造水平的提高，大型往复压缩机的最大活塞载荷已经高达 1250kN 以上，轴

14、功率突破了 10000kW 目前往复式压缩机主要向大容量、高压力、结构紧凑、能耗少、噪声低、效率高、可靠性高等方向发展；在产品设计上，应用压缩机热力学、动力学计算软件和压缩机工作过程模拟软件等，提高了计算准确度，通过综合模拟模型预测压缩机在实际工况下的性能参数，以提高新产品开发的成功率；不断开发变工况条件下运行的新型气阀，气阀寿命大大提高；压缩机产品机电一体化得到强化，采用计算机自动控制，自动显示各项运行参数，实现优化节能运行状态，优化联机运行、运行参数异常显示、报警与保护；产品设计重视工业设计和环境保护，压缩机外型美观，更加符合环保要求。在动力领域，活塞式压缩机目前占有主要市场。但随着人们对

15、使用环境及能耗、环保等方面要求的提高，旋转和涡旋空气压缩机开始占有一定的市场4。国内可以生产石化行业需要的往复式压缩机的厂家主要有沈阳气体压缩机厂、上海压缩机厂、无锡压缩机厂等。经过 20 年的发展，国内已形成 L、D、DZ、H、M 型等等数十个压缩机系列、数百种产品。国内的中小型压缩机基本满足了国内石化行业的需求，但大型往复压缩机还不能完全满足需要。沈阳气体压缩机厂从德国 BORSIG 公司引进了全套的往复压缩机设计制造技术， 将产品市场定位于炼油化工领域，尤其在大中型往复压缩机技术开发方面取得了突破性进展。51990年研制成功了符合现行国际标准的 4M50型系列大型氢气往复压缩机组， 19

16、96年推出了 6M50 型系列氮氢气压缩机组，1998 年研制成功了 4M80 型系列大型氢气压缩机组。 往复式新氢压缩机容积流量达到 34000Nm3/h,活塞压力达到 80kN,出口压力达到19MPa,功率达到 4000kW,已用于 200 万 t/a 渣油加氢脱硫装置。天华化工机械及自动化研究设计院和江阴压缩机厂合作设计制造的迷宫压缩机流量达到 980Nm3/h,出口压力达到 3.8MPa,已经应用于 7 万 t/a 聚丙烯装置。大型机组的研制成功，打破了国外厂商长期垄断我国炼油化工用往复压缩机市场的局面，使同种机组的市场价格下降超过了 50%,标志着中国的往复压缩机制造能力正向国际先进

17、水平迈进。目前国内往复压缩机技术水平同国外相比，主要差距为基础理论研究差，产品技术开发能力低，工艺装备和实验手段落后，产品技术起点低，规格品种、效率、制造质量和可靠性还有相当差距，技术含量高和特殊要求的产品满足不了国内需要。3 螺杆式压缩机在国内的应用及发展螺杆式压缩机比较容易压缩脏、湿、易聚合或腐蚀性工艺气体而不产生操作问题，由于螺杆式压缩机在低速度下操作，允许向压缩机注入大量液体而不会发生腐蚀。因此用于压缩含粉尘的气体而不发生损坏。正位移设计可以提供在排出压力下所需工艺流量，不必考虑气体压力、温度及组成的变化。另外也不存在离心式压缩机典型的喘振极限。这种杰出的广泛使用性使其在世界上从很小的

18、化工过程到大型的化工厂都能适用。正是基于它独特性能和优点，螺杆压缩机被许多化工及石化工业在操作和过程中优先选用。为进一步改善螺杆压缩机的性能、扩大其应用范围，目前要在以下几个方面做深入的研究60(1)创造新的高效型曲线，进一步提高螺杆压缩机的效率；Q2)让喷油参数的设计从经验设计提高到机理设计和优化设计；(3)进一步提高合理配置吸排气孔口和相关的连接管道；(4)进一步更好的降低噪音；(5)进一步改进转子螺旋面的加工工艺；(6)提高压缩机运转的经济性，进一步扩大螺杆压缩机的应用范围。4 石化工业今后对气体压缩机的需求为了保证国民经济持续稳定发展，预计 2010 年我国原油加工能力达到 4.77

19、亿t,2015 年达到 5.37 亿 t,2020 年达到 5.97 亿 t,成品油基本满足国内需要。预计 2010 年我国乙烯生产能力达到 1400 万 t,2015 年达到 1900 万 t,2020 年达到 22002400 万 t,只能满足国内需求的 50%60%o 为此石化工业必将加快发展步伐，实现大型化、集约化和一体化，提高国际竞争能力70为了降低生产成本，提高经济效益，今后石化生产规模将进一步大型化，单系列炼油装置规模将达到 1000 万 t/a 以上，单系列乙烯装置生产规模将达到 80100 万 t/a。石化行业每年将投资 500 亿元以上对炼油化工生产装置进行改造和扩建。在炼

20、油工程建设方面：中国石化集团一一镇海石化、茂名石化炼油能力已经超过 1000 万 t/a,还在进一步改造；上海石化、高桥石化、金陵石化、扬子石化、齐鲁石化、燕山石化 1000 万 t/a 炼油改造基本完成；福建炼化、青岛炼油、海南炼油等 8001000 万 t/a 炼油新建工程已经再建。中国石油集团一一大连西太平洋 1000 万 t/a 炼油厂改造工程已经完成； 大连石化 2000 万 t/a 含硫原油加工改造，2006 年完成；兰州石化和抚顺石化 1000 万 t/a 炼油改造正在全面配套；独山子石化、长庆石化 1000 万 t/a 炼油项目加快启动。中海石油一一惠州 1200 万 t/a

21、石油厂已经建成。煤制油工程一一中国神华集团500 万 t/a 煤制油项目一期工程已经开工建设，2015 年加工能力将达 1000 万 t/a。另外，陕西、贵州、云南、甘肃、山东、陕西、河南等地的煤液化项目正在规划之中。在乙烯工程建设方面：中国石化集团一一燕山石化、扬子石化、金山石化 70 万 t/a乙烯改造已完成，正在规划下一步改造；扬巴(南京)、塞科(上海)8090 万 t/a 新建乙烯工程已经完成；齐鲁石化、茂名石化 80 万 t/a 乙烯改造基本；福建炼化、镇海石化、广州石化、镇海石化、广州石化、天津石化、武汉石化 80100 万 t/a 乙烯正在准备。中国石油集团吉林石化、大庆石化 6

22、0-80 万 t/a 乙烯改造已经完成；大连石化、兰州石化、独山子石化 80 万 t/a 乙烯正在准备。中国海洋石油总公司一一惠州 80 万 t/a 乙烯建成。一套 1000 万 t/a 的炼油厂需要压缩机 2030 台，一套 100 万 t/a 乙烯厂需要压缩机 4050 台。据统计，2008 年中国石化集团采购气体压缩机 450 台，2009 年采购压缩机 490 台，2010 年采购压缩机 540,保持了不断增长的趋势。预计今后几年内，石化行业需要气体压缩机 3500 台左右，平均每年 500 台。其中离心式压缩机占 45%往复式压缩机占 55%由于国内压缩机生产企业，开发能力、技术制造

23、水平还不能完全满足石化生产的需要，或者国内用户对国内压缩机产品不满意，估计还有 40%勺离心式压缩机、30%勺往复式压缩机需要国外进口。5 大型压缩机国产化任重道远由于石化生产规模的不断扩大，设备大型化成为一个明显的趋势。设备大型化不是简单的设备放大，在设计计算、设备制造方面有大量攻关内容，大型压缩机国产化内容，国内经过 20 多年的努力，有了不小的进展，在离心式压缩机国产化方面， 20 年迈出了三个大步： 第一步 20 世纪 80 年代初 52 万 t/a 尿素装置二氧化碳压缩机实现国产化，压缩机进口流量达到 33000Nrr/h,排出压力达15.1MPa,轴功率达 9900KW 已经应用在

24、镇海、 乌鲁木齐宁夏、 宁夏三套大型化肥装置中.第二步是 20 世纪 90 年代初 80 万 t/a 加氢裂化装置循环氢压缩机实现国产化，压缩机进口流量达到 250000Nn3/h,进出口压力达到 16.7/18.9MPa,轴功率达到 1600KW 已经应用在镇海炼化、天津石化等炼油改造中。第三步是 20世纪 90 年代后期， 对 30 万 t/a 的乙烯“三机”实现国产化， 其中裂解气压缩机进口流量达到 809070Nm/h,进出口压力达到 0.11/3.99MPa,轴功率达到 12555KW 已经应用到大庆、燕山、扬子、上海乙烯改造工程当中。在大型往复压缩机国产化方面，20 年迈出了两大步

25、： 第一大步是4M50型新氢压缩机实现了国产化压缩机进口流量达到20580Nm3/h,进出口压力达到 1.096/18.86MPa,轴功率达到 2758KW 应用在镇海炼化炼油装置改造中。第二大步是 4M80 型新氢压缩机实现了国产化，进口流量达到了 34000Nh,进出口压力达到 2.2/19.6MPa,轴功率达到 3250KW 应用在 200 万 t/a 渣油加氢脱硫装置中，如今这些大型压缩机国产化的成果已经大量推广到石化生产装中，改变了完全依赖进口的局面，节约了大量投资，也使我国成为世界上可以制造气体压缩机的国家网。当代石油化工发展的特点，石化生产工艺进步更新很快 35 年就会有新的生产

26、工艺出现，新的生产工艺不断对石化设备提出新的要求：二是石化生产规模大型化， 进而要求石化设备大型化， 1000 万 t/a 炼油装置中， 催化裂化装置达到 400 万 t/a，加氢裂化装置达到 300万 t/a,聚乙烯和聚丙烯装置达到 40万 t/a,生产装置规模达到 20年前的 410 倍。目前国内大型气体压缩机大型化的攻关正在向着新的目标迈进，不断有新的突破。2004 年沈阳鼓风机集团承担了以煤粉为原料的大化肥改造工程一一 4.8 万Nn3/h 空分装置中的原料空气压缩机研制任务压缩机进口流量达到 262700Nrr/h,轴功率达到 23000KW 这是目前在石化工业中应用的能力最大的离心

27、式压缩机。2005 年初沈阳鼓风机集团还承担了茂名乙烯改造工程中 60 万 t/a 等级的乙烯裂解气压缩机的研制任务，压缩机进口流量达到 246846kg/h,进出口压力达到0.13/2.2MPa,轴功率达到 24843KW 如果这台压缩机研制成功，那么大型压缩机制造水平又上一个新的台阶， 为将来 100 万 t/a 裂解气压缩奠定了基础。 沈阳鼓风机集团还承担了镇海炼化 100 万 t/a 催化重整装置氢气增压机的研制任务，这台压缩机的压缩比高达3.78.,属于高压缩比、轻组分、低流量压缩机，过去一般采用往复式压缩机。用户考虑到往复式压缩机故障率高，维修量大，因此需要采用离心压缩机，该离心式

28、压缩机采用 2缸、2 段压缩，17 级叶轮，进出口压力 3.35/17.16MPa。在大型往复压缩机国产化中，无锡压缩机厂和天华化工机械及自动化研究设计院合作研制的 ZW-30/11.27-X 型大型尾气回收迷宫式压缩机，是目前我国最大的迷宫压缩机，已经安装在齐鲁石化 72 万 t/a 乙烯改造工程中网。我们相信，我国只要坚持重大装备国产化的方针，支持鼓励研究、设计、制造单位和用户相结合，不断向国际水平冲击，就会提高我国大型压缩机的制造能力，不仅可以满足国内石化行业的需要，还可以出口到世界其他国家真正提高我国大型压缩机的制造水平。随着国民经济的高速发展，我国对石油和石化产品的需求不断增长，未来几年石化工业处于一个新的发展高峰期。原有的炼油厂大都已扩建到了 1000 万吨/年规模，乙烯厂基本都扩建到