BDO裝置氫氣循環壓縮機國產化選型分析

崔廣林

(中國石化儀征化纖股份有限公司BDO生產中心，江蘇儀征 211900)

BDO裝置氫氣循環壓縮機國產化選型分析

崔廣林

(中國石化儀征化纖股份有限公司BDO生產中心，江蘇儀征 211900)

通過對國內外幾家知名壓縮機廠家提供的選型方案進行分析比較，綜合各方面的因素，選擇沈陽鼓風機集團股份有限公司BCL602型筒形兩端支撐離心壓縮機作為儀化BDO項目中氫氣循環壓縮機，為BDO項目進口關鍵設備的國產化替代提供了合理的途徑。

1，4-丁二醇 離心壓縮機 氫氣 國產化

儀征化纖0.1 Mt/a 1，4-丁二醇項目BDO單元氫氣循環壓縮機C2201為離心式壓縮機，電機驅動，配有調速齒輪箱，在線單臺設置，無備臺，正常工作時入口壓力為6.08 MPa(絕壓)，出口壓力為6.38 MPa(絕壓)，軸功率約2 100 kW，供給加氫反應器所需的氫氣流。該設備運行壓力較高，功率大，可靠性要求高，工藝介質是循環氫氣，與加氫反應器聯鎖，是裝置生產的關鍵設備，其性能好壞及運行穩定性直接影響BDO裝置的正常運行。

1 方案特點

Davy生產工藝的BDO裝置使用的氫氣循環壓縮機基本為懸臂式離心壓縮機，而此類型機組在世界上化工類行業應用較多，技術成熟的國外設備制造商有西門子股份公司、GE公司、阿特拉斯-科普柯工業公司等，而國內僅沈陽鼓風機集團股份有限公司(以下簡稱“沈鼓”)具有相對較強的離心機設計制造技術，但其懸臂式離心機在氫氣介質上應用還不成熟。

各制造商最初為該項目的氫氣循環壓縮機組提供的各類方案可歸結為以下3種方案:

a)整體組裝的兩級壓縮、齒輪增速型懸臂式離心壓縮機［1］，即兩個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，電機通過較大齒輪帶動小齒輪轉動，見圖1。特點是:①兩端閉式葉輪，效率高;②軸向進氣，效率較高;③兩級對稱布置，軸向力平衡，運行平穩;④懸臂式葉輪質量大，撓度較大，不利于平穩運行;⑤干氣密封位于葉輪與軸承之間，使軸較長，又增加了撓度。為盡量縮短軸長，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對葉輪的安裝要求較高，要過盈配合，增加其平穩性;⑦進口導葉調節，利于均勻改變流量，能量損失小，調節范圍寬，但導葉傳動桿部位密封壽命短，此處易泄露;⑧其懸臂式壓縮機在有毒、易燃易爆氣體的應用實踐較少。

圖1 兩級懸臂式壓縮機

b)單級壓縮、懸臂式離心壓縮機，即單個葉輪懸臂安裝在齒輪外側，干氣密封位于葉輪和軸承中間，見圖2。特點是:①葉輪轉速較高，為降低應力采用半開式葉輪，運行初期間隙較小，運行效率較高，但隨著時間增長，間隙增大，效率降低;②單級葉輪，兩側不對稱，軸向力較大，不利于平穩運行，對軸承損害大;③結構簡單，僅一個葉輪和密封，拆裝維修方便;④其他特點同上述兩級壓縮懸臂式壓縮機。

圖2 單級懸臂式壓縮機

c)兩端支撐、兩級壓縮、垂直剖分的筒形壓縮機，即兩個葉輪串聯排列在軸承中間，級間設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+增速箱+壓縮機串聯方式，電機與增速箱、增速箱與壓縮機間均設有聯軸節，見圖3。特點是:①運行平穩;②懸臂質量小，只有聯軸器端懸臂;③兩級壓縮的轉速較低;④齒輪箱為常規的增速箱，便于檢修;⑤入口節流閥調節流量，能量損失較大，調節范圍窄。

圖3 筒形兩端支撐壓縮機

2 選型分析

綜上所述3種方案，b方案最佳，壓縮機效率最高，功耗最低。國外如西門子和阿特拉斯等著名壓縮機生產商均推薦使用b方案的單級懸臂式壓縮機，效率高，流量調節范圍廣［2］，但目前國內壓縮機在細節設計的合理性、機加工精度、裝配精度及材料熱處理工藝與國外知名廠商仍存在一定的差距，懸臂式壓縮機在氫氣介質中應用不多，主要是因為國內在入口導葉調節桿處密封和葉輪懸臂長度問題上技術不夠成熟，易發生泄露和振動過大問題，限制了國內這種方案壓縮機的應用。

沈鼓在山西三維BDO項目上應用的a方案壓縮機效果不理想，主要是因為國產設備內在導葉調節桿處密封和葉輪懸臂長度問題上技術仍不夠成熟，限制了這種方案壓縮機的應用。

沈鼓推薦了c方案的壓縮機機型，即筒形兩端支撐，入口節流調節的離心壓縮機。該機型為幾十年前引進意大利新比隆技術。其最大特點是運行平穩，振動小，密封效果好，技術應用成熟，業績較多。沈鼓應用在氫氣介質上的筒形壓縮機有近200臺業績，均運行良好。但從原理分析，該種機型效率相對較低，能耗較大。

通過對沈鼓、GE以及西門子3家技術報價方案的對比計算得到，該筒型壓縮機的運行功耗要超出約11.3%，折合年運行費用約100萬人民幣，但考慮到BDO裝置中的這臺循環氫壓機組是裝置中的關鍵設備，僅有1臺，其工作好壞直接影響到整個裝置是否能正常運行，故在滿足工藝要求和設備運行可靠性的前提下，適當增加的功耗可以接受。

筒形壓縮機密封性較好，運行平穩，噪音小，無需拆卸葉輪即可更換檢修干氣密封系統，拆裝較為方便。從售后技術支持的及時性和便利性來說，沈鼓要優于國外廠家。另外，國內設備造價相對較低也是該設備國產化選型的一個重要原因。

該機組在現場機械運轉試驗時，徑向機械振動僅7 μm，遠小于API規定的“機械運轉試驗時的徑向軸承處振幅不超過25 μm”的標準，屬于沈鼓廠優質機組。試驗時運轉平穩，噪音極低，說明了此種類型壓縮機的技術成熟和可靠性。

3 結論

經過對比分析，儀征化纖0.1 Mt/a 1，4-丁二醇項目BDO單元氫氣循環壓縮機最終選擇了沈鼓生產的BCL602型筒形兩端支撐離心壓縮機。該壓縮機在儀化項目中的應用，為BDO項目關鍵機組的國產化提供了合理的途徑，同時也為國內廠家離心機設計制造技術不斷的發展和進步趕超世界先進水平提出了新的課題。

［1］API 617-2002.石油化學和氣體工業用軸流離心壓縮機及膨脹機-壓縮機.

［2］姜培正.過程流體機械［M］.北京:化學工業出版社，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，現主要從事化工設備的現場管理工作。