空氣壓縮機能力確定及選型優化分析

史明亙（中海石油海南天然氣有限公司，海南 洋浦 578001）

空氣壓縮機能力確定及選型優化分析

史明亙（中海石油海南天然氣有限公司，海南 洋浦 578001）

為合理確定空壓機能力，優化選型，以某LNG接收站空壓機設計為基礎，根據極端工況確定空壓機能力，并對空壓機不同型式組合作能耗成本分析，具有一定的工程應用指導意義。

空壓機;能力;變頻;工頻

空氣壓縮機是LNG接收站公用工程區的重要設備，直接影響到工藝廠閥門的正常啟閉。本文旨在以某LNG項目無油螺桿型空壓機的采辦為例，對空壓機能力確定、選型優化進行分析，對于其他項目空壓機設計、采辦、運行具有一定的指導意義。

1 空壓機結構原理

螺桿空壓機是由一對相互平行嚙合的陰陽轉子在機體內做相對高速旋轉運動[1]，使陰陽轉子齒槽和機體之間形成的呈“V”字形的一對齒間容積隨轉子的回轉不斷產生周期性的容積變化，空氣則沿著轉子軸線方向由吸入端輸送至輸出端，實現螺桿空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程。

2 空壓機能力的確定

2.1 儀表風消耗量計算

根據各設備廠商資料，儀表風的實際需求量如表1所示：

表1 各設備儀表風消耗清單

2.2 工廠風消耗量計算

工廠風需求量如表2所示：

表2 各設備工廠風消耗清單

2.3 空壓機能力的計算

該LNG項目采購空壓機的原則為一用一備。

根據BOG壓縮機電機資料，單臺BOG壓縮機電機啟動時需要間歇儀表風量325Nm3/h，吹掃時間為16min，考慮此吹掃時間較短，可通過開啟備用空壓機補償此儀表風耗量，從而可避免空壓機能力的浪費，節約成本。因此，間歇氣用量由391m3/h減少為66m3/h，單臺空壓機提供儀表風用量為399.8+66=465.8m3/h。

考慮11%的裕量，實需儀表風量517Nm3/h，干燥撬在運行時，需要15%的再生氣耗量，因此進入干燥撬氣量應為608.2Nm3/h，約為610Nm3/h。

全廠需工廠風100Nm3/h，則空壓機能力為610+100=710Nm3/h。

考慮溫度為36.8℃，大氣濕度為100%的極端工況，空壓機排氣能力V1應至少滿足[2]：

1.013 ×710/273.15=1×（1-α）V1/（273.15+36.8）

符號α表示36.8℃下100%濕度空氣的水汽分壓比，：查得α為0.06184

求得，V1≈14.5m3/min.

3 空壓機選型方案綜合降本計算

螺桿空壓機根據電機類型可分為兩類：變頻空壓機和工頻空壓機。變頻空壓機購買成本高，但運行能耗低。以下就“1臺變頻空壓機（常用）和1臺工頻空壓機（備用）”與“2臺工頻空壓機”綜合降本進行比較計算：

根據以上數據，廠家實際選用的變頻空壓機能力為：15.7m3/min功率為：110Kw；選用的工頻空壓機能力為：15.3m3/min功率為：110Kw。

a）變頻空壓機比工頻空壓機節省功率ΔP的計算

工頻空壓機恒定按最大負荷710 Nm3/h、110Kw運行，在下游氣量需求減少時，自動卸荷放空，而變頻空壓機則可通過調節轉速調節流量，避免功率浪費。

一期實際需求量為537Nm3/h，二期實際需求量為648Nm3/h；

分別計算一期、二期變頻空壓機比工頻空壓機節省的功率：

空壓機額定功率/設計氣量=ΔP/（設計氣量-Q），即：

110/710=ΔP/(710-Q)

Q為實際需求氣量，可求得一期節省功率ΔP1=26.8Kw，二期節省功率ΔP2=9.6Kw

b）使用壽命周期25年內，變頻空壓機所節省的電量的計算

暫按前三年為一期，二期從第四年開始計算，則所節省的電量經計算為2554416度

c）25年內變頻空壓機所節省的電費計算

根據當地工業用電價格：峰時段為1.062元/度，平時段為0.659元/度，谷時段為0.349元/度。則25年內變頻機所節省的電費經計算為176萬元

d）25年內降本計算

變頻機價格為69萬元，工頻機價格為56萬元，綜合降本為：

25年內節省的電費－變頻空壓機增加費用=176-13=163萬元；

可見，1臺變頻空壓機（常用）和1臺工頻空壓機（備用）選型方案在25年的使用壽命內可節省成本163萬元。

以上為保守計算，實際用氣需求量更小，因此節省成本更多。

因此，該LNG項目采用“變頻（常用）+工頻（備用）”的空壓機配置方案。空壓機的能力分別為15.7m3/min、15.3m3/min，功率均為110Kw。正常情況下僅啟用變頻空壓機；當BOG壓縮機電機需間歇吹掃時，變頻、工頻同時啟動；當變頻空壓機需要維修時，啟用工頻空壓機。

4 結語

a確定空壓機能力時，對于需求氣量較大而時間比較短的情況，可開啟備機來補償，無需將此氣量納入空壓機能力，從而大大節約成本；

b與“2臺工頻空壓機”的配置方案相比，“變頻（常用）+工頻（備用）”方案綜合降本明顯，適宜采用。

[1]高相家，陳放.螺桿空壓機變頻節能改造的經濟分析和技術方案[J].壓縮機技術，2009，(3):19-21.

[2]喻西崇，趙金洲等.PVT狀態方程的選擇和分析[J].油氣儲運，2001,20(9):24-27.