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油气领域离心压缩机新技术及未来发展趋势
发布时间: 2022-03-04

来源:国际透平机械杂2021年11/12月刊

离心压缩机是油气行业以及工业运行的心脏。它们代表了透平机械领域最具活力的部分。有着一个蓬勃发展的供应商团体,这个供应商团体包括贝克休斯,豪登,西门子能源,埃利奥特,阿特拉斯科普柯,三菱压缩机,曼能源解决方案,英格索兰。来看看这些供应商对新技术以及未来发展如何打算。

贝克休斯

贝克休斯提供各种离心压缩机,泵以及往复式压缩机。结构从水平剖分到筒形都有。压缩机运行范围广泛,从标准压力到高压(高达820 巴),往复式压缩机运行压力可达2000巴,流量范围从每小时几百立方米到每小时几十万立方米不等。压缩机也适应各类气体,从氢气到重制冷气体,从惰性气体到腐蚀气体皆可。

例如贝克休斯的高压比压缩机(HPRC)就是高速运转的压缩机,占地面积小,高性能级,适合各种应用,包括氢气。这类压缩机可高速旋转,因此压比高,流量大。

“目前,我们正在优化结构,提高叶轮线速度,尤其针对氢气,需要开发高强度合金材料来适应叶轮的空气动力学以及机械设计,从而减少应力”。公司一位设计人员说到。

除此之外,公司还在研究如何通过优化的底层循环,如sCO2最大化利用能量梯级。其它研究还有与压缩气体或电池相关的储能技术。

西门子能源

西门子能源提供单轴离心压缩机,其特点为干气密封系统;最多4级;一个壳体可容纳最多10个叶轮;中冷;侧流;中间抽气;标准油润滑或者磁性轴承;可调进口导叶;以及超低温。另外提供标准化的成撬设计,交货周期短,备件共用,易于维修。

管线压缩机特点如:法兰尺寸(20“,24“,36,“”42””),进口最大流量最高可达106700m3/h,最大工作压力可达2250psi,最多5级,最大额定功率为56MW。

整体齿轮压缩机:多轴机器(多个小齿轮轴每个上面带两个叶轮,布置在一个中心大齿轮上)。对于每个小齿轮轴,轴转速和叶轮尺寸必须配合,满足要求。所有叶轮都是悬臂设计,每个叶轮前方可配装可调进口导叶。毎级叶轮排气口之后可实现气流的中间级冷却。这些特点的组合最终可实现部分载荷运行下的高流量以及高能效,还有设计紧凑。对于中小型压缩机,西门子能源可提供撬装成套设计。成套包括压缩机,驱动器,流程气体冷却器,润滑油站,流程配管以及所有的管子和布线。对于大型装置,现场单独交付主要部件,整个机组安装在混凝土基础之上。

公司目前在市场方面看到三个趋势:去碳化;甲烷减排以及标准化。在去碳化方面,公司更关注机组的效率,因为对压缩机效率产生直接影响。甲烷减排方面,采用RFA压缩机模型配干气密封可降低主通风口泄漏。

公司还提供捕获和再压缩解决方案,由于泄漏少采用RFA模型较为经济。

曼能源解决方案

曼可提供多种水平和垂直剖分式离心压缩机,径向流等温压缩机,齿轮式压缩机以及整体密封式压缩机。

曼公司的高速无油整体式电动压缩机(HOFIM)有一个高速电机,用来驱动一到两个多级离心压缩机,还配有磁性轴承。机组完全密封且封装完好。由于模块设计理念,所以部件和流程配置具有灵活性。传统的顶层压缩机解决方案中通常看到的部件如齿轮箱,润滑油系统,仪器仪表和阀门系统在这里不需要。这就导致该产品设计紧凑,有利于快速安装。电机功率范围从1MW到18MW。

HOFIM机组用于海底压缩,海上平台或者陆地应用。该技术也用于电热能管理系统。曼的电热能管理系统是第三代能量管理系统,其利用剩余的可再生电能产生热和冷,将其存储在绝缘存储器里。然后根据需求以及裕度情况将冷和热分配给最终用户,也可以将其转化成电能。HOFIM压缩机可将CO2工质压缩至140bar约120℃的临界状态。

曼在挪威海底压缩站提供过两台海底机组。除此之外,在其它市场也有运行业绩。在CCUS市场,曼提供压缩技术用于提纯CO2,然后将其存储在一个枯竭的油田或者盐碱地含水层。也能在液化空气储能和熔盐储能领域应用。

阿特拉斯科普柯

公司可提供整体齿轮式和非齿轮式离心透平压缩机,用于碳氢化合物处理,发电以及工业气体处理。整体齿轮式压缩机压力覆盖最高205bar,最多8级,流量高达500000m3/h,最大输出功35MW。Compander是一种整体齿轮是压缩机。压缩机和膨胀机连接一个齿轮箱并撬装。Compander压缩机用于多种碳氢化合物处理,包括小型LNG,化工/石化产品以及超临界CO2。

非齿轮式压缩机主要用于聚烯烃类和主空气的处理。处理PP/PE时,压缩机最高流量65000 m3/h,最大输出功率10MW,最高压力45bar。处理空气时,压缩机最高流量500000 m3/h,最大输出功率30MW。

氢气运输时,公司有超低温整体齿轮式压缩机解决方案。当氢气含量为100%且气体为非低温时,供货商就会专注在高效压缩技术方面的研究。

埃利奥特

埃利奥特离心压缩机系列如下:

单级系列:埃利奥特TC和PH压缩机产线为单级悬臂压缩机。这类压缩压头要求较低,少维护,轴向进气口,适用于脏、腐蚀流程,譬如石化装置、冶炼、天然气处理,煤气化以及氧化乙烯/乙二醇。要进一步扩展运行范围,可安装可调进口导叶。单级压缩机标准设计进口流量90000ACFM,排气压力800PSI。

多级系列:M和MB系列压缩机产线为间歇式离心压缩机。通常用于碳氢化合物市场,包括油&气生产和处理,石油冶炼,石油化工处理,低温制冷以及工业气体。M系列水平剖分,MB系列垂直剖分。两种可共享转子设计,轴承和密封,空气动力学分析。在采用标准件的同时,每个压缩会根据客户技术要求进行设计。M和MB压缩机提供的压缩解决方案进口流量从1700acfm到850000acfm,压力高达10000psi。

EDGE M系列是公司应用最广泛的。有15个标准规格。 水平剖分机壳。每个规格采用标准机壳和端壁设计,空气动力学部件根据情况量身定制。EDGE压缩机设计采用完全可以缩放的空气动力学流道,允许各种规格的放大缩小。结构上采用等温冷却,背靠背以及双流模式。先进的级和喷嘴设计将流量系数提高到0.25以上,最大的双流压缩机容积流量超过850000cfm。M系列压缩机可帮助用户在不增加规格尺寸的同时达到更大的容积流量。

目前正在改进轴承和密封系统,以减少无组织排放,降低或消除润滑油。同时公司还关注壳体与踪迹的减少。单个大型机组相比并联压缩机机组单位效率损失较小,无组织排放点也较少。未来埃利奥特继续通过全3D高流量级设计拓展产品线流量范围。

三菱压缩机

三菱公司根据API617悬臂型和整体齿轮型离心压缩机标准生产制造。低压/高流量压缩机为水平剖分,高压/低流量为垂直剖分结构。产品应用领域包含上游如EPSOs以及CO2再注入,中下游如NGL加工,LNG,乙烯,氨,PDH,碳捕获,冶炼以及发电等。

除此之外,公司在合成气压缩领域表现强劲,尤其在多数石化装置如氨气和甲醇装置中发挥重大作用。同时公司在能量转化及去碳化方面也有关注。

英格索兰

英格索兰公司的Turbo-AIR 和MSG整体式离心压缩机系列可提供灵活,高性能无油润滑的压缩技术。产品主要用于那些需要避免油污染的行业以确保产品安全和产品质量。公司产品包含以下特点:

譬如公司的MSG Turbo-AIR NX 5000 是无油空气和氮气压缩机,提供优化的能效和运行灵活性。可以生产满足ISO8573-1标准的无油空气或氮气。VIGV设计可实现35%的调节范围,使得压缩机可在各种要求下使用。在低流量或波动需求期间,操作者可调整产量,无需停机或者将浪费的能源排空。

尽管可靠性作为绝对选择长达几十年,但今天的压缩机业主更加注重效率。

豪登

豪登公司离心压缩机包含品牌众多。每个品牌都有单级和多级离心透平压缩机。多数单级模型都是双叶,还有些是进口导叶和可变扩压器导叶都有。少数用于环保流程的流程空气,例如污水,燃烧空气,硫酸装置中的压缩,机械蒸汽再压缩(蒸汽压缩)以及流程气压缩。这些模型都满足API-617和API-672技术规范。

根据豪登公司相关人士说法,当前多数公司对装置的数字化解决方案表现出兴趣,部门原因是员工需要提前安排维修计划。

豪登目前也在满足数字服务的需求,譬如数字双胞胎。采用设备运行的物理数据和由传感器测量得到的数据,分析和模拟现实条件,包括对变化的响应以及如何改善运行等。

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