BOD低溫往復壓縮機

徐 繼 業

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BOD低溫往復壓縮機

徐 繼 業

（中國石油工程建設公司大連設計分公司， 遼寧 大連 116085）

BOG壓縮機是低溫往復壓縮機的一種，是液化天然氣接收站的“心臟”，正是通過它不斷地把BOG壓縮后冷凝成液體來控制低溫儲罐的壓力和溫度，從而保證LNG儲罐的正常安全運行。由于BOG（蒸發氣）溫度低至-163～-40 ℃ ，對承受交變載荷的壓縮機零部件材料在低溫狀態下的冷脆斷裂、冷縮變形、低溫密封、低溫隔熱、絕熱保冷等一直是國內外研究分析的重要課題。

國內外比較；立式優缺點；臥式優缺點；國產化

在執行LNG生產及儲運設施研究課題—LNG工廠、接收站工程化研究專題時，筆者接觸到了BOG壓縮機［1］，BOG壓縮機是液化天然氣接收站的“心臟”，如何耐低溫一直是國內外研究分析的重要課題，國產化也一直是重中之重，下面簡單介紹下BOG壓縮機的特點及國產化進程。

1 國內外技術現狀比較

1.1 國外

由于迷宮壓縮機制造技術難度較大，原材料選用嚴格，機械加工與裝配精度要求特別高，目前世界上只有瑞士、日本等為數不多的幾個國家能夠制造生產，而對于介質溫度為-163 ℃的迷宮式壓縮機來說其低溫材料的試驗研究和選用仍是技術關鍵和難點，根據掌握的信息來看，僅瑞士布克哈德公司(BURCKHARDT)具有這方面成熟設計制造能力，可實現吸氣溫度在-103～-162 ℃的乙烯、甲烷等氣化蒸氣壓縮機制造。

1.2 國內

國內低溫領域的低溫往復式壓縮機介質溫度一般為-20～-40℃范圍，而對于溫度低至-100℃以下的氣化蒸汽的低溫迷宮式壓縮機研究開發在2008年前仍處于空白階段。以致國內石化裝置的烴類蒸發氣低溫無油迷宮壓縮機仍然完全依靠進口。

2 國外-163℃低溫壓縮機特點及優缺點

國外低溫往復壓縮機布置形式為立式，由于BOG（蒸發氣）溫度低至-163 ℃ ，對承受交變載荷的壓縮機零部件材料在低溫狀態下的冷脆斷裂、冷縮變形、低溫密封、低溫隔熱、絕熱保冷等方面構成巨大挑戰，下面介紹BOG壓縮機是怎樣應對這些挑戰的。國外低溫壓縮機示意圖見圖1。

2.1 國外-163 ℃立式低溫壓縮機特點

2.1.1 迷宮式填料環和迷宮式活塞桿填料

由于LNG極低的氣體溫度， 沒有濕度（因露點很低），在無油潤滑（有油潤滑）區域中會加劇材料間的研磨，因此需采用非接觸密封且必須保證氣缸無油潤滑。迷宮密封系統很好的解決了這兩個問題，因為它是無油潤滑的非接觸密封系統。

圖1 國外低溫壓縮機示意圖

2.1.2 迷宮密封系統的簡要介紹

沿活塞和活塞桿填料的許多很小的節氣點形成了迷宮密封系統。這些節氣點由于氣流流動受到限制，壓力能就被轉變成為動能。直到達到所需要的壓降。通過密封系統的少量氣體在內部回收。

由于在相鄰的表面之間，保持著小的間隙，在壓縮區內不存在摩擦，也沒有熱點，密封不會發生磨損，因此這種非接觸式密封系統經久耐用和可靠。迷宮密封迷宮密封內部氣流示意圖見圖2。

圖2 迷宮密封內部氣流示意圖

1—迷宮活塞；2—氣缸內壁；3—節流點；4—密封室；5—渦旋

2.1.3 迷宮式填料環

迷宮活塞即活塞上的填料環采用迷宮密封，特點是非接觸密封，部件唯一，僅有金屬材質，使用壽命長。迷宮活塞示意圖見圖3。

圖3 迷宮活塞示意圖

2.1.4 迷宮式活塞桿填料

（1）非接觸密封

（2）填料泄漏的氣體通過引管引回一級入口緩沖罐。

迷宮式活塞桿示意圖見圖4。

(1) 軟式排水管。軟式排水管是一種能側向集水的軟管，其管體由承力的螺旋鋼絲及其管壁組成，管壁由內外兩層纖維交叉的編織布和中間的無紡土工布組成。管壁的這種特殊結構使其具有側向透水反濾和縱向排水的雙重功能(如圖2所示)。本試驗采用的軟式透水管單位面積質量400 g/m2，厚1.5 mm，等效孔徑O95為0.226 mm。試驗前將軟式排水管管壁按照《土工織物材料測試規程》[42](SL 235—2012)裁剪成相應的試樣，即直徑為100 mm和直徑為150 mm的圓形試樣。

圖4 迷宮式活塞桿示意圖

2.1.5 活塞桿導向軸承

為減少活塞桿運動的擺動量，活塞桿采用導向軸承定為導向，保證活塞桿往復運動時精確對中。導向軸承上設有刮油環，避免潤滑油向上竄流，保證氣體潔凈。結構特點：（1）軸承襯套可更換;（2）采用濺油式潤滑?；钊麠U導向軸承示意圖見圖5。

圖5 活塞桿導向軸承示意圖

2.1.6 隔冷腔

一級氣缸缸體不進行通水冷卻，為防止缸內低溫擴散，在氣缸與曲軸箱間設置隔冷腔（見下圖），阻止低溫傳入曲軸箱，采用乙二醇防凍液進行冷熱交換，實現阻斷冷傳遞，確保機身及運動部件不受低溫的影響，保證壓縮機正常安全運轉。

2.1.7 螺栓安全系統

（1）制鎖墊圈

制鎖墊圈廣泛應用在低溫壓縮機裝置內，以確保壓縮機運行的安全性、可靠性。

（2）鋼絲螺套

鋼絲螺套（見下圖）能增強螺孔強度；改善螺紋受力分布，提高動載荷強度；表面光潔度提高螺釘承載能力；螺孔修理的理想方法；改善螺釘的螺牙受力；裝卸方便，易于更換；在低溫條件下可對物理變形進行彈性補償。

2.1.8 雙端面機械密封

壓縮機曲軸軸伸端采用雙端面機械密封［2］，結構，保證機組為全封閉型式，避免工藝介質泄露，大幅提高機組運行經濟性及可靠性。

2.2 國外-163 ℃立式低溫壓縮機優缺點

2.2.1 優點

（1）占地面積小；

（2）由于體積小，基本都可以實現撬裝供貨。

2.2.2 缺點

（1）不平衡力較大，需要較大的基礎，振動較大；

（2）重心較高；

（3）管道位置較高，支撐困難，引起的振動因素較多；

（4）總效率低，迷宮密封壓縮機應用區域有限；

（5）維護困難，需要一定的技藝。

3 國內-40 ℃臥式低溫壓縮機特點及優缺點

3.1 特點

國內-40℃臥式低溫往復式壓縮機采用水平對稱平衡型布置［3］，能很好地平衡軸向力，它與普通的往復壓縮機的區別是第一級接觸低溫氣體的氣缸使用了低溫材質，一般選用16MnDR［4］材質，其它地方和普通壓縮機大同小異。國內臥式往復低溫壓縮機示意圖見圖6。

3.2 國內-40 ℃臥式低溫壓縮機優缺點

3.2.1 優點

（1）易于實現平衡；

（2）重心較低，抗地震安全性好；

（3）管道位置較低，易于牢固支撐，振動較小；

（4）效率高，只有較小的滑動磨損及細微的泄露損失；

（5）維護相對簡單。

圖6 國內臥式往復低溫壓縮機示意圖

3.2.2 缺點

（1）占地面積大

（2）如果機型綜合活塞力［5］超過16 t的話，不能撬裝供貨，現場安裝比較困難，供貨期較長，大約3～6個月。

4 供貨商情況

4.1 進口情況

目前世界上只有瑞士布克哈德等少數公司能夠設計、制造低溫-163 ℃的迷宮立式活塞壓縮機。據調查，國內已經建成的LNG接收站都采用了布克哈德的壓縮機，其中包括LNG大連接收站和LNG唐山接收站和LNG福建接收站等。

4.2 國產化進程

-40℃臥式低溫往復壓縮機國內已經有很成熟經驗，沈陽鼓風機集團、沈陽遠大以及無錫壓縮機廠都有業績，且運行良好。

-163 ℃臥式低溫壓縮機現在國內壓縮機廠家正在技術攻關。

受國家能源局委托，中油組織的國產化項目—山東泰安60萬t/a 4K-300MG-55/0.1-17型首臺套低溫BOG迷宮壓縮機，經沈陽遠大壓縮機股份有限公司16個月的攻關研制，于2013年1月正式進行了工況模擬試驗試車，實驗過程全部按實際工藝條件的要求，壓縮機進口溫度最低達到-192 ℃，排氣壓力達到工藝要求的1.7 mPa，機組的振動、各部位的運行參數完全達到了設計要求。

5 結束語

本項目研發成功，將填補國內大型BOG低溫無油迷宮壓縮機的空白，整機水平將接近或達到國際先進水平。

從國家戰略考慮，打破了國外壟斷的局面，有效的抑制同類設備進口價格。在本類設備的價格方面，國產產品價格通常為進口產品的0.5倍左右，具有較為顯著地價格優勢，為生產企業節約大量資金，也為國家節約大量的外匯支出。

由此看出，BOG壓縮機加速國產化進程，替代進口的天然氣液化裝置中的關鍵設備—低溫BOG壓縮機是完全可行的。

［1］ 顧安忠，主編. 液化天然氣技術手冊[M]. 北京：機械工業出版社，2010-01．

［5］ 離心泵與轉子泵的軸封系統(API682-3th)[R]. 美國石油學會.

［3］ 石油、化學和氣體工業設施用往復壓縮機(API618-4th)[R]. 美國石油學會．

［4］ GB150壓力容器[S]. 北京：中國標準出版社，2011-11.

［5］ 郁永章，主編. 容積式壓縮機設計手冊[M]. 北京：機械工業出版社，2000-11.

BOD Low Temperature Reciprocating Compressor

XU JI-Ye

（China Petroleum Engineering & Construction Corp. Dalian Branch, Liaoning Dalian 116085，China）

BOG compressor is a kind of low temperature reciprocating compressor, and is the "heart" LNG receiving station, it compresses and condensates the BOG into liquid constantly to control the pressure and temperature of the low temperature storage tank, so as to ensure the normal safe operation of LNG tanks. The BOG(evaporation gas) temperature is in the range of -163~-40 ℃,so research on ductile-brittle fracture, cold deformation, sealing, heat insulation, thermal insulation cold insulation of compressor parts’ under low temperature condition and alternate load is a basic project at home and abroad.

Reciprocating compressor; LNG tanks; Thermal insulation cold insulation

TQ 052

A

1671-0460（2016）06-1201-04

2016-04-18

徐繼業（1984-），男，遼寧省大連市人，工程師，2007年畢業于沈陽化工大學機械設計制造及其自動化專業，從事機械工程設計類工作。E-mail：xujiye-dl@cpecc.com.cn。