離心壓縮機組的重要設備及輔助系統淺析

劉洋

（沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧 沈陽 110869）

離心壓縮機是一種能提供壓縮氣體的高效節能設備，它被廣泛應用在工業生產中。特別是在重大煤化工、石油化工裝置、氣體的液化及輸送等領域，離心壓縮機更是最關鍵的核心裝備之一，它成為體現國家裝備制造業水平的一個標志。

1 重要設備

離心壓縮機組一般由以下主要設備組成：離心壓縮機、驅動機、齒輪箱、液力耦合器、變速行星齒輪、聯軸器、干氣密封等。

驅動機主要分為汽輪機、電動機、煙機、燃氣輪機及膨脹機等。其中，汽輪機及電動機應用最廣泛。

1.1 離心壓縮機

離心壓縮機按照結構形式分為2種：單軸式離心壓縮機以及多軸式離心壓縮機。其中單軸式離心壓縮機又分為：水平剖分型離心壓縮機、筒型離心壓縮機及單懸臂離心壓縮機、軸流+離心組合式壓縮機等。

（1）單軸水平剖分型離心壓縮機，其機殼為上下兩半，通過中分面連接螺栓過盈配合連接在一起。具有運行穩定、檢維修方便等特點，主要用于中低壓場合，對于小型壓縮機出口壓力不超過4MPa，對于中大型壓縮機出口壓力不超過3MPa時選用此種壓縮機。

（2）單軸筒型離心壓縮機，其機殼為筒形，兩端配有端蓋，通過螺栓連接在一起。具有運行穩定、密封性好、能承受高壓力等特點，主要用于高壓及介質含氫氣分壓力高的場合，通常對于出口壓力超過3MPa及氫氣分壓力高于1370kPa時，選用此種壓縮機，最大出口壓力可達100MPa。

（3）多軸型離心壓縮機，該類型壓縮機為驅動機連接齒輪箱中的大齒輪軸，再由大齒輪軸帶動2～4個小齒輪軸，每個小齒輪軸的兩端各安裝一級葉輪或者一端安裝一級葉輪。每級葉輪均為軸向進氣，氣體的流場分布均勻，損失小。各個小齒輪軸能實現不同的運行轉速，能更好地與葉輪進行匹配，保證每級葉輪均處于最佳效率區。葉輪可采用半開式，其具有高能頭的特點，能實現高壓比，從而能減少葉輪級數。壓縮過程為逐級冷卻，更接近等溫過程，效率高。具有結構簡單、體積小、高效率、低成本等特點，部分機組能將實現整體撬裝。但其密封性較差，承壓能力受限，多用于中低壓非危險性氣體的壓縮，主要用于空氣壓縮機，近年來也逐漸被應用于甲醇裝置中的二氧化碳壓縮機。

1.2 汽輪機

汽輪機按照熱力特性分為以下幾種：背壓式汽輪機、抽汽背壓式汽輪機、凝汽式汽輪機、抽汽凝汽式汽輪機以及多壓式汽輪機。汽輪機形式依據用戶現場蒸汽條件及流程來確定。汽輪機可直接實現變轉速調節，是最經濟的調節方法；適于應用在防爆區域；運行成本低；可實現大功率驅動。但其缺點是：需要有蒸汽來源，配備鍋爐系統；檢維修成本較電動機大；一次性投資成本高。

1.3 電動機

驅動壓縮機組用電動機最常用的為2極電機和4極電機。基于經驗，國產電機當功率大于3000kW時推薦使用四極電機。

電動機優點：設備可靠性高、配套設施少、檢維修工作量少；建設工程量少、一次性投資成本低。缺點：固定轉速，如需變速調節，則要配置變頻器、液力耦合器或變速行星齒輪等輔助設施，將增加投資成本及功率損失；如果應用在防爆區域，需要采取相應的防爆措施。主要用于中小型功率需求及環境惡劣，缺水且不具備建設鍋爐系統的場合。

1.4 干氣密封

干氣密封是一種無接觸式軸端密封，主要應用于被壓縮介質是有毒有害或易燃易爆等危險氣體的壓縮機組。它密封氣泄漏量少，能耗低；無接觸因此磨損小，使用壽命長，運行穩定可靠。主要有4種，分別為：串聯式干氣密封帶中間迷宮密封、串聯式干氣密封、雙端面干氣密封、單端面干氣密封。

單端面干氣密封：允許少量工藝氣體泄漏到環境中，主要應用于惰性氣體介質的壓縮機，如二氧化碳壓縮機、氮氣壓縮機等。

雙端面干氣密封：允許阻封氣混入到被壓縮介質中，主要應用于中低壓的危險介質。如焦化裂化富氣壓縮機、催化裂化富氣壓縮機等。

串聯式干氣密封：密封安全性高，主要用于天然氣管線壓縮機上。

串聯式干氣密封帶中間迷宮密封：工藝介質向大氣的泄漏幾乎為零，密封安全性高，是應用最廣泛的典型的危險氣體壓縮機的軸端密封。如裂解氣壓縮機、氫氣壓縮機等。

2 輔助系統

壓縮機組除了重要的組成設備，還需要不同的輔助系統才能安全穩定的運行，主要的輔助系統有潤滑油系統、干氣密封系統、防喘振控制系統、電控系統、冷卻系統以及汽輪機的配套系統凝汽系統和調速系統。下面重點介紹3種輔助系統。

2.1 潤滑油系統

潤滑油系統是向壓縮機組提供強制潤滑油及向汽輪機調速器提供調節油，主要由潤滑油站、高位油箱、控制閥門、監測儀表以及中間的連接管路組成。其中潤滑油站由油箱、油泵及驅動機、油冷卻器、油過濾器、加熱器、排煙風機、監測儀表及連接管路組成。

通常油泵、冷卻器、過濾器均為一用一備，可實現在線切換。油泵主要有容積泵及離心泵兩種，容積泵效率比較高，但在主、備泵同時運行時容易瞬間壓力過高導致安全閥開啟。離心泵則不會有這種情況，但缺點是效率較低。成本上容積泵組（含驅動機）也高于離心泵組（含驅動機），尤其是大型潤滑油系統更為明顯，且離心泵越大，其效率越高，因此，對于大型潤滑油系統（潤滑油量需求大于600L/min），通常采用離心泵組經濟性更高。

為了保證主輔油泵切換時，潤滑油總管的壓力穩定，在進油總管上或過濾器后設置潤滑油蓄能器，后者的響應速度更快。

當機組為汽輪機驅動時，為了保證汽輪機能夠安全停機，并使轉子冷卻下來，需要設置事故油泵，事故油泵可與主、備泵并聯連接在冷卻器前，亦可配置單獨的過濾器直接連接在去潤滑油總管的管路上。

2.2 干氣密封系統

干氣密封系統是與干氣密封配合使用的重要輔助系統。主要由控制閥門、監測儀表、過濾器、加熱器、增壓泵等以及中間的連接管路組成。不同的干氣密封形式，其配套的系統也不同，帶中間迷宮密封的串聯式干氣密封其配套的系統由五大模塊組成，分別為：主密封氣供氣、處理、控制模塊；一次放空監測模塊；二級密封氣供氣、處理、控制模塊；二次放空模塊；隔離氣供氣、處理、控制模塊。

加熱器用于提高主密封氣的溫度，當進入干氣密封前的主密封氣溫度低于露點溫度20℃時，需要設置加熱器。位于過濾器前，增壓泵后。

當外部密封氣不能滿足壓縮機啟動、停車、滯留壓力下停車及保壓時，需要設置增壓泵，通常為氣動式。

回收裝置主要應用于小型LNG壓縮機組，通過回收裝置可將原本從一級密封氣泄漏口排放到火炬系統的冷劑打回到壓縮機入口，實現冷劑回收。

2.3 防喘振控制系統

喘振是離心壓縮機在流量減少到一定程度時所發生的一種非正常工況下的振動。當喘振發生時，壓縮機的流量及壓力均處于不穩定狀態，會增加壓縮機各部件的損壞風險。為了防止喘振發生，保證機組能在安全的范圍內運行，壓縮機都配置防喘振控制系統。

防喘振系統回路中必須具備的器材有：為了獲得壓縮機組的運行參數，需要配置流量計及流量變送器、進口及出口溫度變送器、進口及出口壓力變送器；出口單向閥，用于防喘振閥開啟時，防止壓縮機下游工藝氣體介質回流，從而避免壓縮機出口背壓無法下降而造成的喘振；防喘振閥，當喘振發生時，通過防喘振回路來降低壓縮機出口背壓，從而保護壓縮機。

防喘振系統回路中選配的器材及設備有：熱旁通閥，當“壓縮機出口容積”較大時，為了防止停機喘振的發生，需要設置此閥；單向閥，對于帶有加氣的離心壓縮機，在加氣管網容積大的情況下，為防止加氣氣體介質回流，需在每個加氣口的前一段管路上設置單向閥。對于進氣管路上的單向閥應設置在盡可能靠近壓縮機管口；防喘振冷卻器，如果壓縮機防喘振旁路判斷需要將氣體降溫，并且不能利用工藝冷卻器，那么需要設置獨立的防喘振冷卻器用于給防喘振旁路氣體降溫。

3 結語

本文重點介紹了離心壓縮機、汽輪機、電動機及干氣密封的特點及應用場合以及潤滑油系統、干氣密封系統等的配置。其中輔助系統通常由基礎配置設備和選配設備組成，而選配設備是依據壓縮機組需求進行適當選擇。