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常見并且價格較高的轉動設備。從工程設計的角度看，壓縮機的選型主要取決于工藝要求和轉動設備機械要求，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，建設一個庫容為12萬立方的LPG低溫庫區，由于低溫常壓儲罐的揮發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，又或者采用往復式壓縮機。在面對若干個可選方案時，進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值計算的方法，分析設備長期操作維護的各類費用，再加上設備一次購買的費用，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：設備生命周期總成本，單位為元或其他貨幣單位；

IC:設備的購買費用，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值，單位為元或其他貨幣單位；

OC=P*EF*電機總數量

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

EF=PV*EC*AH

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

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

壓縮機一般屬于長周期設備，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設計階段內完成。

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，以下的章節將會引用一個例子進行詳細地論述。假設某原油處理廠準備新建一套火炬氣壓縮回收裝置，以到達減排的環保目的。

3.1 確認項目輸入條件

壓縮機的工藝要求如下表：

工藝參數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N2百分總數平均分子量摩爾質量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

根據以上的輸入條件，考慮到火炬氣流量不穩定、壓縮比較大、且含有微量的酸性氣體，結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：第一階段采用1臺液環壓縮機，第二階段采用1臺無油螺桿壓縮機。第一階段中的液環壓縮機具有內部間級冷卻功能。被壓縮后的工藝氣體夾帶少量的密封液進入一個帶除霧板的氣液分離罐后，再經過空冷器冷卻后進入第二階段的壓縮。而在氣液分離罐中沉降下來的密封液將會經過空冷器冷卻后，再重新回到液環壓縮機。進入第二階段的壓縮氣體首先經過吸入口緩沖罐，然后由無油螺桿壓縮機升壓后，再經過空冷器的冷卻，最后送至下游系統，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入一個帶潤滑油吸附器的油氣分離罐進行除油，再經過空冷器的冷卻，最后送至下游系統，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過空冷器冷卻，再用輸送泵重新注入壓縮機內。

3.3 確認成本分析輸入數據

3.3.1 假設壓縮機生命周期期限為20年，年利率為5.9%，那么求得現值系數如下表：

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標文件，根據技術標列出所有用電設備及其功率。

方案一、

設備位號K-001 E-001設計溫度120°C 120°C描述液環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、

設備位號功率操作溫度設計溫度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泵潤滑油循環泵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EF描述費用單價電機功率電機運行數量電機備用數量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11.56 m3506,328元N/A N/A 11.56253,164元/現值系數PV 60元/h r N/A 6,075,936元操作費OC 6,075,936元81,307,734元

A.假設某地工業用電電費為0.80元一度；

B.采用工廠水作為液環壓縮機密封液，假設某地工業用水水費為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.維修費用應與業主進行商榷。

方案二、

位號描述費用單價電機功率電機運行數量操作系數現值系數PV評估系數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泵潤滑油循環泵潤滑油補充費用30 k W 11.560 0 0 0 0 0電機備用數量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.假設某地工業用電電費為0.80元一度；

B.假設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.維修費用應與業主進行商榷。

3.3.4 生命周期成本評估

分析操作維護費用后，結合壓縮機制造廠的報價進行比較和評估。

位號描述設備數設備購買費用操作費用方案一K-001 E-001 K-002 E-002液環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包含在整個壓縮機單元內包含在整個壓縮機單元內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泵潤滑油循環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包含在整個壓縮機單元內包含在整個壓縮機單元內包含在整個壓縮機單元內包含在整個壓縮機單元內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據，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，均優勝于“方案一”。加上噴油螺桿壓縮機固有的可靠性高、運轉平穩、占地緊湊等優點，再配合制造廠抗酸性氣體選材和高效的吸附脫油技術，可以推斷出噴油螺桿壓縮機是本工況最佳的選擇。

4 結語

在石油化工工程設計過程中，把常規的壓縮機選型原則和生命周期成本分析方法結合在一起，從設計理論、工程經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、經濟性好的合理方案。

[1]《工程經濟學（第9版）》清華大學出版社.