离心压缩机组的重要设备及辅助系统浅析

刘洋

（沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁 沈阳 110869）

离心压缩机是一种能提供压缩气体的高效节能设备，它被广泛应用在工业生产中。特别是在重大煤化工、石油化工装置、气体的液化及输送等领域，离心压缩机更是最关键的核心装备之一，它成为体现国家装备制造业水平的一个标志。

1 重要设备

离心压缩机组一般由以下主要设备组成：离心压缩机、驱动机、齿轮箱、液力耦合器、变速行星齿轮、联轴器、干气密封等。

驱动机主要分为汽轮机、电动机、烟机、燃气轮机及膨胀机等。其中，汽轮机及电动机应用最广泛。

1.1 离心压缩机

离心压缩机按照结构形式分为2种：单轴式离心压缩机以及多轴式离心压缩机。其中单轴式离心压缩机又分为：水平剖分型离心压缩机、筒型离心压缩机及单悬臂离心压缩机、轴流+离心组合式压缩机等。

（1）单轴水平剖分型离心压缩机，其机壳为上下两半，通过中分面连接螺栓过盈配合连接在一起。具有运行稳定、检维修方便等特点，主要用于中低压场合，对于小型压缩机出口压力不超过4MPa，对于中大型压缩机出口压力不超过3MPa时选用此种压缩机。

（2）单轴筒型离心压缩机，其机壳为筒形，两端配有端盖，通过螺栓连接在一起。具有运行稳定、密封性好、能承受高压力等特点，主要用于高压及介质含氢气分压力高的场合，通常对于出口压力超过3MPa及氢气分压力高于1370kPa时，选用此种压缩机，最大出口压力可达100MPa。

（3）多轴型离心压缩机，该类型压缩机为驱动机连接齿轮箱中的大齿轮轴，再由大齿轮轴带动2～4个小齿轮轴，每个小齿轮轴的两端各安装一级叶轮或者一端安装一级叶轮。每级叶轮均为轴向进气，气体的流场分布均匀，损失小。各个小齿轮轴能实现不同的运行转速，能更好地与叶轮进行匹配，保证每级叶轮均处于最佳效率区。叶轮可采用半开式，其具有高能头的特点，能实现高压比，从而能减少叶轮级数。压缩过程为逐级冷却，更接近等温过程，效率高。具有结构简单、体积小、高效率、低成本等特点，部分机组能将实现整体撬装。但其密封性较差，承压能力受限，多用于中低压非危险性气体的压缩，主要用于空气压缩机，近年来也逐渐被应用于甲醇装置中的二氧化碳压缩机。

1.2 汽轮机

汽轮机按照热力特性分为以下几种：背压式汽轮机、抽汽背压式汽轮机、凝汽式汽轮机、抽汽凝汽式汽轮机以及多压式汽轮机。汽轮机形式依据用户现场蒸汽条件及流程来确定。汽轮机可直接实现变转速调节，是最经济的调节方法；适于应用在防爆区域；运行成本低；可实现大功率驱动。但其缺点是：需要有蒸汽来源，配备锅炉系统；检维修成本较电动机大；一次性投资成本高。

1.3 电动机

驱动压缩机组用电动机最常用的为2极电机和4极电机。基于经验，国产电机当功率大于3000kW时推荐使用四极电机。

电动机优点：设备可靠性高、配套设施少、检维修工作量少；建设工程量少、一次性投资成本低。缺点：固定转速，如需变速调节，则要配置变频器、液力耦合器或变速行星齿轮等辅助设施，将增加投资成本及功率损失；如果应用在防爆区域，需要采取相应的防爆措施。主要用于中小型功率需求及环境恶劣，缺水且不具备建设锅炉系统的场合。

1.4 干气密封

干气密封是一种无接触式轴端密封，主要应用于被压缩介质是有毒有害或易燃易爆等危险气体的压缩机组。它密封气泄漏量少，能耗低；无接触因此磨损小，使用寿命长，运行稳定可靠。主要有4种，分别为：串联式干气密封带中间迷宫密封、串联式干气密封、双端面干气密封、单端面干气密封。

单端面干气密封：允许少量工艺气体泄漏到环境中，主要应用于惰性气体介质的压缩机，如二氧化碳压缩机、氮气压缩机等。

双端面干气密封：允许阻封气混入到被压缩介质中，主要应用于中低压的危险介质。如焦化裂化富气压缩机、催化裂化富气压缩机等。

串联式干气密封：密封安全性高，主要用于天然气管线压缩机上。

串联式干气密封带中间迷宫密封：工艺介质向大气的泄漏几乎为零，密封安全性高，是应用最广泛的典型的危险气体压缩机的轴端密封。如裂解气压缩机、氢气压缩机等。

2 辅助系统

压缩机组除了重要的组成设备，还需要不同的辅助系统才能安全稳定的运行，主要的辅助系统有润滑油系统、干气密封系统、防喘振控制系统、电控系统、冷却系统以及汽轮机的配套系统凝汽系统和调速系统。下面重点介绍3种辅助系统。

2.1 润滑油系统

润滑油系统是向压缩机组提供强制润滑油及向汽轮机调速器提供调节油，主要由润滑油站、高位油箱、控制阀门、监测仪表以及中间的连接管路组成。其中润滑油站由油箱、油泵及驱动机、油冷却器、油过滤器、加热器、排烟风机、监测仪表及连接管路组成。

通常油泵、冷却器、过滤器均为一用一备，可实现在线切换。油泵主要有容积泵及离心泵两种，容积泵效率比较高，但在主、备泵同时运行时容易瞬间压力过高导致安全阀开启。离心泵则不会有这种情况，但缺点是效率较低。成本上容积泵组（含驱动机）也高于离心泵组（含驱动机），尤其是大型润滑油系统更为明显，且离心泵越大，其效率越高，因此，对于大型润滑油系统（润滑油量需求大于600L/min），通常采用离心泵组经济性更高。

为了保证主辅油泵切换时，润滑油总管的压力稳定，在进油总管上或过滤器后设置润滑油蓄能器，后者的响应速度更快。

当机组为汽轮机驱动时，为了保证汽轮机能够安全停机，并使转子冷却下来，需要设置事故油泵，事故油泵可与主、备泵并联连接在冷却器前，亦可配置单独的过滤器直接连接在去润滑油总管的管路上。

2.2 干气密封系统

干气密封系统是与干气密封配合使用的重要辅助系统。主要由控制阀门、监测仪表、过滤器、加热器、增压泵等以及中间的连接管路组成。不同的干气密封形式，其配套的系统也不同，带中间迷宫密封的串联式干气密封其配套的系统由五大模块组成，分别为：主密封气供气、处理、控制模块；一次放空监测模块；二级密封气供气、处理、控制模块；二次放空模块；隔离气供气、处理、控制模块。

加热器用于提高主密封气的温度，当进入干气密封前的主密封气温度低于露点温度20℃时，需要设置加热器。位于过滤器前，增压泵后。

当外部密封气不能满足压缩机启动、停车、滞留压力下停车及保压时，需要设置增压泵，通常为气动式。

回收装置主要应用于小型LNG压缩机组，通过回收装置可将原本从一级密封气泄漏口排放到火炬系统的冷剂打回到压缩机入口，实现冷剂回收。

2.3 防喘振控制系统

喘振是离心压缩机在流量减少到一定程度时所发生的一种非正常工况下的振动。当喘振发生时，压缩机的流量及压力均处于不稳定状态，会增加压缩机各部件的损坏风险。为了防止喘振发生，保证机组能在安全的范围内运行，压缩机都配置防喘振控制系统。

防喘振系统回路中必须具备的器材有：为了获得压缩机组的运行参数，需要配置流量计及流量变送器、进口及出口温度变送器、进口及出口压力变送器；出口单向阀，用于防喘振阀开启时，防止压缩机下游工艺气体介质回流，从而避免压缩机出口背压无法下降而造成的喘振；防喘振阀，当喘振发生时，通过防喘振回路来降低压缩机出口背压，从而保护压缩机。

防喘振系统回路中选配的器材及设备有：热旁通阀，当“压缩机出口容积”较大时，为了防止停机喘振的发生，需要设置此阀；单向阀，对于带有加气的离心压缩机，在加气管网容积大的情况下，为防止加气气体介质回流，需在每个加气口的前一段管路上设置单向阀。对于进气管路上的单向阀应设置在尽可能靠近压缩机管口；防喘振冷却器，如果压缩机防喘振旁路判断需要将气体降温，并且不能利用工艺冷却器，那么需要设置独立的防喘振冷却器用于给防喘振旁路气体降温。

3 结语

本文重点介绍了离心压缩机、汽轮机、电动机及干气密封的特点及应用场合以及润滑油系统、干气密封系统等的配置。其中辅助系统通常由基础配置设备和选配设备组成，而选配设备是依据压缩机组需求进行适当选择。