空分设备配套压缩机的应用与选择

　　刖言空分设备应用到的压缩机可以简单分为原料空气压缩，增压机（循环机），产品气体压缩机和仪表气压缩机。压缩机的种类很多，空分设备当中应用到比较多的有离心式压缩机，活塞式压缩机，螺杆式压缩机和轴流式压缩机。

　　对于原料空气压缩机：一般情况下原料气在5000Nm3/h550000Nm3/h（为压缩机排量）宜选择离心式；550000Nm3/h以上一般是轴流-离心或者轴流；5000Nm3/h以下则选择小流量的螺杆式或活塞，当然随着空分设备的大型化发展，一般1000Nm3/h等级以下空分设备的市场需求几乎很小，所以一般很少用螺杆式或活塞式作为主空压机用，当前主空压机以离心式压缩机为主，产品气压缩机活塞和离心式两种，仪表气压缩机则是三种都有。

　　1、空分设备配套压缩机空分设备配套压缩机以离心式应用*多，离心式压缩机的结构形式多种多样，其典型结构有三种，这三种型式离心式压缩机在空分之中应用较为广泛。压缩机的效率非常重要，而等温型压缩机具有等温效率高、整机功耗小的特性，因此各空分设备压缩机供货商均采用等温型压缩机。

　　**种为单轴型结构，单轴型结构其特点是同缸的叶轮装在同一根主轴上的两个支撑轴承之间，以同一转速旋转。单轴型种类也较多，其中单轴等温型是一级一冷却，获得气体所需的终压耗费的压缩功较小，一般是**；单轴多级型压缩机的特点是两次冷却之间的级数不止1级，适用于比热比较小或受音速限制的气体压缩，适合体积流量较大，压比小的工况，如空压机。

　　第二种为整体齿轮型结构，整体齿轮式结构一般为两轴或三轴，其特点是一根轴一个转速，可以使每个叶轮处于*佳的比转速、*佳的线速度，以充分发挥每个叶轮的能力。轴向进气也使叶轮效率提高，近几年整体齿轮式压缩机的发展较快，适合压比较大的工况，如增压机。

　　第三种是多轴型结构，多轴型压缩机的特点与整体齿轮式压缩机类似，但它没有蜗壳，并将气体冷却器集成于排气结构上，使整体结构更紧凑。

　　另外还会应用到活塞式压缩机和螺杆式压缩机。

　　活塞式压缩机属于容积式压缩机，结构较为简单，压力高时，配置级数较多，介质无特殊性时，一般可以满足小流量，高压力的需求。

　　螺杆压缩机属于较为新型的压缩机，其发展时间较短，应用却极其广技术n泛，在小流量，压力12bar以下的气体压缩中应用较多，其效率一般较活塞式要高，而且连续运转时间长，越来越多受到市场的青睐，但是在空分设备应用上不多，一般只做为仪表气压缩机来使用。

　　下表为一般压缩机选型范围：原料空气压缩机的进口压力为当地大气压-3kpa，进口温度为*热月平均温度，进口湿度（当地提供）80%，排气压力要求止回阀后，排气温度w1°C，流量一般空分设备对原料空气压缩机的基本要求是：A、连续运转时间不少于两年；B、具有比较高的等温效率；C、比较稳定的排气压力；D、满足在不同季节可以对流量进行调节。

　　单轴等温型原料空气透平压缩机其优点是：A、采用了简支梁的结构，转子动力学特性非常好，因此运行的稳定性十分优良；B、米用剖分结构，使用维护十分方便；C、等温压缩，功耗较少；D、叶轮的线速度较低，噪音较小。

　　缺点是：A、机壳结构复杂，制造成本高；B、每级均为径向进气，进气流场不很均匀，影响效率；C、每级压缩比较低，故获得相同的压力需要更多的级。

　　整体齿轮型原料空气透平压缩机的优点是：A、每级均为轴向进气，进口流场较均匀，有利于级效率的提高；B、无特别大的复杂零件，使得铸造和加工更容易；C、级数可以增减，使得易适应压力的变化；D、每级叶轮的线速度均可达到较高水平，充分发挥了材料的潜力，较少的级数便可获得较高的压力。

　　其缺点是：A、齿轮的加工精度要求较高；B、转子动力学设计的难度较大；C、级数有一定的限制，达到很高压力比较困难；D、外泄漏点较多，对压缩压力很高、绝对不允许泄漏的有毒气体、化工气体不是很适用。

　　1.2增压机当前内压缩空分设备一般都需要配置增压机，作为与高压液体进行换热的热源。复热介质一般是空气或氮气，增压机的排压*高可达100bar，由于连续用并且压力高，所以一般选择离心式。流量一般；压力一般20barGw100barG范围都可满足；空分设备增压机的一般要求是：A、非常稳定的运转性能；B不对介质产生二次污染；C、连续运转时间不少于3年；D、具有比较高的等温效率；E、比较稳定的排气压力。

　　增压机的结构有四种，即单轴等温型、整体齿轮型、单轴多级型和多轴型。由于增压机与原料空气透平压缩机介质的相似性，它与空压机有四种组合方式：A、与原料空压机组合成一体，即所谓的一体机。这种组合方式一般适于整体齿轮式，前3级压缩原料空气，后几级增压复热工质或者产品气（一般为氮气）；当增压空气压力较高时，可以选择三轴或更多轴。因为原料空气和增压工质的进口体积流量有差异，而且不同的流程相差的程度较大，对于进口气体体积流量差异较大的流程，各轴转速的匹配较困难。但是这种组合方式*大的优点是二机合一，占地面积小，一次投资小，这种组合只适用于小型空分或液体空分。

　　B、与原料空压机共用一台驱动机。驱动机一边拖动空压机，一边拖动增压机，通过不同的增速机来改变压缩机的转速使其符合流量的要求，驱动机一般为汽轮机，这种方式应用较多。

　　C、与原料空压机共用一台驱动机。但是在同一轴伸方向，通过驱动机一边拖动空压机，轴伸一边拖动增压机，通过增速机来提高增压机的转速使其符合流量的要求，驱动机一般为汽轮机，这种方式应用较少。

　　D、为互补相干的两台机组，这种组合一般是电机驱动，应用较多。1.3氮气压缩机产品氮气可以从上塔顶部抽，也可以从下塔抽压力氮气（需要进行能耗比较）；从上塔抽取一般在15KPa左右（吸入压损10kpa），需要通过氮气透平式压缩机加压或者活塞式氮气压缩机进行加压，以满足产品压力要求。

　　活塞氮气压缩机一般流量要级数也多；其压力一般都可以满足要求，小流量可以满足充瓶压力150barG；活塞压缩机的缺点是易损件多，运行两三个月便需要更换，需要有备机。

　　氮气透平压缩机的典型结构有单轴等温型；单轴多级型；整体齿轮型和多轴型。其中单轴等温型适合于压力较低的场合；单轴多级型适合压力高的场合；整体齿轮型可以满足不同压力型的氮气要求，压力范围可以在较大范围内改变，级数*多可达6级或更多；多轴型也可满足压力较高的情况。

　　一般可以满足空气的压缩机均可满足氮气工质的要求。

　　1.4氧气压缩机入压损10kpa）；氧气透平压缩机的工作介质是氧气。氧气是强烈的助燃气体，氧气在压缩和输送过程中的流速、温度都需要有严格的控制。

　　活塞氧气压缩机一般流量200Nm3/h5000Nm3/h，压力高时，需要级数也多；由于有高压高温火患，所以其压力一般都在30bar以下，几百的小流量可以满足充瓶压力150barG；活塞压缩机的缺点是易损件多，运行两三个月便需要更换，需要有备机。

　　氧气透平压缩机由于流速和温度的限制，所以每段的压缩比都不是很高。一般单轴型转子动平衡较稳定，所以单轴型是**。根据氧气压力的不同要求，一般需要设计成单缸、双缸和三缸形式。

　　由于氧介质的特殊性，一般凡是氧气接触的压缩机机身，隔板用铸铁件，氧气流道及密封腔表面进行镀铜处理；其余内件采用镍铜合金或者铜制。有效防止氧气起火。所有制造工艺要求脱脂，同时设置保安氮气，故障时稀释氧气浓度。

　　1.5仪表气压缩机空分设备的仪表空气要求无油无尘并且干燥。一般6000Nm3/h等级空分设备仪表气120Nm3/h；15000等级360Nm3/h；2万等级500Nm3/h；4万等级的空分设备需要仪表1000Nm3/h，排压都要求在7barG左右；仪表气体一般要求：过滤粒径：<；入口残油<0.1ppm（出口含油会导致铝胶吸附效果下降）配置无热再生干燥装置一套，排气压力露点S-40°C.仪表气压缩机一般有三种形式：无油螺杆机，活塞式和离心式。由于活塞式和离心式天然无油，所以不需要除油装置，只需要配套干燥装置（除水）和精密过滤器（除固体颗粒）即可；而螺杆机一般有有油和无油然后除油两种，喷油螺杆机需要设置除油装置，同时需要设置精度非常高的除油过滤器，以满足工艺要求，这种机型的优势是价格较便宜；无油螺杆采用干转子或者水润滑，这种机型优点是绝对不含油，缺点是价格较贵。气量500Nm3/h以下适合选活塞式；气量在2000NmVh以下适合选螺杆机或活塞机；气量在2000Nm3/h以上即三种机型都可以选，气量大时离心式压缩机较有优势，其易损件较少，同时好维护，性价比较高。

　　国外压缩机供货商及特点空分设备配套主空压机及增压机皆为离心式压缩机，一般进口机组占据着大半份额（60%左右），国产机技术n器由于还不太成熟，效率及稳定性都差一些，只是占到小部分份额。

　　离心式压缩机在国民经济各部门中占有重要的地位，特别是在冶金，石油化工，天然气输送，制冷以及动力等行业获得广泛的应用。近十几年来，在经济全球化和激烈竞争的背景下，国外离心压缩机制造业也经历了不断的并购重组。2000年，日本EBARA公司购买了美国ELLIOTT公司的全部股份，组建了ELLIOTT-EBARA透平机械公司。2001年，德国MAN集团重组了GHHBOSIG和苏尔寿，形成了曼透平MANTURBO公司；SIEMENS并购了DEMAG DELEVAL公司，重组为SIEMENS透平机械部。1994年以来，GE（美国通用电气）并购了新比隆、AC等压缩机制造厂，成为压缩机行业的**企业。国内的压缩机制造企业也进行了兼并重组，沈阳鼓风机厂重组了沈阳气体压缩机厂，锦西化机压缩机部分被SIEMENS收购，成为SIEMENS葫芦岛透平公司。经过重组整合，过去一些著名的压缩机制造企业，如苏尔寿、DEMAG、GHH等都改换了门庭，国外大型离心压缩机制造商形成GE、SIEMENS、MAN空分设备当中应用到的仪表空气压缩机一般应用到的螺杆压缩机和离心式压缩机也大多进口，一般也有上述企业供货。国外压缩机的主要供应商及其各自特点如下：美国英格索兰公司成立于1871年，全称为“英格索兰兰德公司”。英格索兰公司的CENTAC离心式空气压缩是一种完全组装的由电机驱动、单层结构、单级吸气、单级排气、提供100%无油空气（天然无油）的离心式空气压缩机组。其流量范围可从25~850m3/min，排气压力范围从0.8~4.0MpaG.压缩机和电机由法兰和联轴器连接，整个机组包括冷却系统、控制系统、油润滑系统及其它辅助设备都装在一个公共底盘上，可以满足气量50000Nm3/h以下空分设备的配套，小机型占较大优势。

　　瑞典阿特拉斯科普柯公司成立于1873年，目前是世界上*大跨国工业集团之一，总部设在瑞典，主要生产适用于空气和其它工业用气体的往复式、螺杆式、离心式压缩机及其配套用干燥器、过滤器、冷却器、能量回收系统和控制系统等。其中比利时的AIRPOWER分厂是世界上*大的螺杆压缩机生产厂，年产量达几万台，德国的ENERGAS分厂专门制造特殊工艺气压缩机，美国加州的COMPTEC和ROTOFLOW分厂制造离心式空压机、工艺压缩机和膨胀机。可以配套满足4万等级以下空分设备。

　　2.3卡麦隆公司（CAMERON）（库伯）卡麦隆公司（CAMERON）即原来的库伯透平压缩机有限公司。该公司从50年代初开始制造离心压缩机，该公司现生产的离心压缩机水平剖分型有RB-S、RC-S、RD-S、RE-S、RF-S等形式，*大进口流量高排气压力为44.49~8.5MPa，可以满足配套3.5万等级以下空分设备。

　　2001年，德国MAN集团重组了GHHBOSIG和苏尔寿，形成了曼透平（MANTURBO）公司。曼透平（MANTURBO）是世界500强企业之一的德国曼（ManAG）集团的子公司，是世界*大的透平机械和压缩机设备生产商。

　　曼透平*新开发的大流量机型RIKT子公司苏尔寿所生产的水平剖分式离心压缩机流量范围为4000~220000m3/h，出口*大压力70barG，主要应用于氧气压缩、制冷机组以及石油化工、化工行业中输送各种介质气体。垂直剖分式桶型离心压缩机（6种机组）流量范围3000~45000m3/h，出口压力700barG，主要应用于高压氧气、合成氨气体压缩、碳氢化合物气体压缩、炼油厂气体压缩、气体输送、天然气用气等。）即原德国GHHBORSIG透平机械公司于1996年3月由GHH和BORSIG二家公司合并成立一家新公司，广泛应用于世界各地石油和化工各领域，产品有轴流压缩机、离心压缩机、工业气体螺杆压缩机、工曼透平*新开发的大流量机型RIKT业膨胀机（回收能量用）、工业汽轮机、工业燃气轮机等。该公司对压缩机设计符合下列国际标准：API、PNEUROP、ASME、BS、DIN等。2.5西门子透平机械部（原德马格-德拉瓦）西门子公司于2001年收购了德马格-德拉瓦DEMAGDELEVAL涡轮机公司，形成了SIEMENS透平机械部。能生产各种类型的离心压缩机和汽轮机，其主要产品有：离心压缩机、多轴式齿轮增速型离心压缩机、轴流压缩机、混流压缩机、气体膨胀机、工业汽轮机等。德国德马格公司生产的压缩机有：AX系列离心压缩机、AR系列混流压缩机、RR系列大流量离心压缩机、MH系列水平剖分离心压缩机、MV系列垂直剖分离心压缩机、H（VK）系列多轴（高压）齿轮增速型离心压缩机、PRT系列工艺气体压缩机、SEI/SEE系列单级离心压缩机。

　　2.6其他年以来，GE并购了新比隆、A-C等压缩机制成厂成立GE通用电气动力部，其他压缩机供应商还有美国德莱赛兰（DRESSER-RAND），三菱重工（MHI），日本日立株式会社，以及新兴压缩机企业如：韩国三星TECHWIN株式会社，美国寿力（Sullair）（日本公司收购，IHI）等。

　　总之，进口机组其特点是空压机世界**，增压机为多轴压缩机，效率高，但轴系复杂，难控制，日常维护要求高；操作性强、协调性好；大型机组业绩多、成套能力强；备件少，可靠性大，售后服务费用高，及时性较差。

　　国内压缩机供货商国内小型压缩机较多，而且种类齐全，但是还尚未形成品牌竞争力，不管在技术上还是在市场上与国外供货商相比还远远不够成熟。

　　国内2万等级以上空分所配套的大型离心式压缩机供货商主要是陕鼓和沈鼓，其中陕鼓和曼透平合作，机技术n器有保证的同时，价格较采用全进口略低，其离心机组能达到6万等级以下空分设备（轴流+离心可满足10万等级配套）运行要求，缺点是轴温高；沈鼓和西门子合作，也可满足6万等级以下空分设备的配套（轴流+离心可满足10万等级配套），其机组缺点是轴振大，陕鼓较沈鼓能耗要低些，但价格略高。目前陕鼓和沈鼓都开始起步做齿轮式压缩机，但是仍然不成熟，很多压力较高和中抽量较大的工况要求增压机无法满足。

　　对于国产机器较欧美等国落后较大的局面，陕鼓、沈鼓及杭汽还应在许多方面需要有较大的开拓和进步。

　　2万等级以下杭氧透平、开封空分均可满足配套，但是增压机压力只能做到45barG以下，杭氧透平在氧气透平压缩机方面独占鳌头，国外进口氧透价格是国内的2倍以上，所以国内氧透市场几乎由杭氧透平尽数揽入囊中，截止目前公司设计制造在外投运的各类离心压缩机有近九百台（其中离心式氧透近470台）。开封空分则在迷宫式密封活塞氧压机方面占优势。

　　交大赛尔属于后起之秀，以赛过尔等洋人为口号，自强不息，大力宣扬其“可控涡”的优越性，这几年取得的一定的进步，也占到了大型离心压缩机的一些低端市场的份额，但是还需要市场的长期考验。

　　国产机组其特点是空压机技术欠成熟；增压机技术一般；轴系设计计算技术欠成熟；操作性一般、协调性一般；大型机组业绩一般、成套能力一般；备件多，可靠性一般，售后服务费用低，及时性较好。

　　对于大型离心压缩机，总的来说国产机组目前和进口机组还有一定差距，机器整体性能及效率都不及进口机组；但是国产机组一次投资小，一般只有进口机组的一半，售后服务较好，这也是国产机组的优势。

　　其他离心式压缩机，螺杆式压缩机及活塞式压缩机的供货商其机组也各有自己的特点，在国内市场有特定的客户。

　　汽轮机一拖二常规机组配置汽轮机是用具有一定温度和压力的蒸汽来做功的回转式原动机。汽轮机按热力过程可分为：A、凝气式汽轮机：进入汽轮机做功的蒸汽，除少量漏气外，全部或大部分排入凝汽器，形成凝结水。

　　B、背压式汽轮机：蒸汽在汽轮机内做功后，以高于大气压力排入排气室，以供热用户采暖和工业用气。

　　C、调整抽气式汽轮机：将部分做过功的蒸汽以某种压力下抽出，供工业用或采暖用。

　　D、中间再热式汽轮机：将在汽轮机高压缸做完功的蒸汽，在送回锅炉过热器加热到新蒸汽温度，回中低压缸继续做功。

　　汽轮机有的选择进口，例如西门子和曼透平自身也供应汽轮机；也有国产，一般选择杭汽、杭汽中能或青岛捷能（3万等级以下），汽轮机应用一般以凝气式和抽气式在空分设备当中应用*多。

　　-般空分设备配套压缩机供货商西门子：齿轮式离心压缩机，空20万等级空分设备的配套），分为轴流段（9级左右）+离心段（2级），齿轮，增压机可以满足空压机的气量，压力可达100barG.曼透平：离心压缩机空压机满足10万等级以下空分设备的配套，10万-20万等级空分设备采用轴流+离心结构；离心机*小气量8万Nm3/h；轴流+离心（价格贵15%左右），增压机可以满足空压机的气量，压力可达100barG；沈鼓：空压机排量1.5万Nm3/h-35万Nm3/h离心压缩机；35万Nm3/h-60万Nm3/h首级轴流+离心，增压机可以满足空压机气量的处理，压力可达100barG；机器全部为单轴（增压机已经开发出齿轮式，但还未推广），压比太大则不好做。

　　万Nm3/h离心压缩机；35万Nm3/h-60万Nm3/h首级轴流+离心；增压机可以满足空压机气量的处理，压力可达100barG；机器全部为单轴（增压机已经开发出齿轮式，但还未推广），压比太大则不好做，能耗方面陕鼓较沈鼓要低些，但是投资略高些。

　　交大赛尔：空压机单轴（压比小），增压机齿轮，气量5万Nm3/h-30万Nm3/h，增压机开发出三轴六级齿轮式机型，气量25万Nm3/ h以下，排压120barG以下，能耗占优势较大（能耗与进口机组相当）。但是国内加工技术较国外有差距，还需要市场的长期考验。

　　杭氧透平：空压机单轴和齿轮式机也是单轴或多轴齿轮型两种，流量：6，000~66，000Nm3/h，排压可），全等温效率：68%；氧气透平压缩机为单轴型式，流阿特拉斯：空压机气量30万Nm3/h以下，压力6.2bar（A），增压机气量18万Nm3/h以下，压力可达80bar（A）；库伯（喀麦隆）：空压机气量压机气量10万NmVh以下，压力可达70bar（A）；美国寿力：空压机气量7.5万Nm3/h，压力6.2bar（A），机组采用四级压缩，增压机压力40bar（A）以下；开封空分：空压机单轴，流（A）以下；韩国三星：空压机气量可达10万Nm3/h，压力6.2bar（A）；增压机（循英格索兰：空压机气量可达4.5结束语一般大型空分设备的压缩机配套，进口以曼透平和西门子为主，而且6万等级以上只能选择这两家；6万等级以下，陕鼓和沈鼓也可满足要求，空压机的效率低2%左右，增压机的效率低10%左右，但是投资要少一半，在国内市场上有一定的市场份额；2-4万等级库伯（卡麦隆）和阿特拉斯交大赛尔和杭氧透平可以满足配套，小型2万等级以下的压缩机配套，一般以阿特拉斯，库伯，开封空分，英格索兰，寿力，韩国三星等为主，机器型式都各有特点，性能及效率相差不多，而且较为成熟。国产压缩机的选择也较多，但是整体性能和效率不及进口，而且价格不占太大优势；小型无油螺杆机则是以阿特拉斯，英格索兰，寿力为主，国产相对还不太成熟，性价比优势不大。

　　大型空分装置是发展三大化工（大型化肥、大型乙烯、大型煤化工）、冶金工业和工业园区集中供氧等的关键设备，而压缩机又是空分装置中必不可少的心脏设备，一般要占整个空分设备投资的一半以上，而在空分装置的运行费用之中，驱动压缩机的能耗则几乎占整个空分装置运行费用的八成以上，所以选择满足投资与运行两大因素的矛盾性与关联兼顾性（一般大型进口机组的投资是国产投资的2倍，但是7年左右便可由运行费用收回），这对于一套空分设备来说至关重要，同时也是空分设备投资者所面临的首要难题。d：蒋旭，男，助理工程师，毕业于西安交通大学过程装备与控制工程专业，现任职于开封空分集团有限公司设计研究院山西天然气煤层气示范园将于年底投产利用示范园区的建设工地上，工人正在紧张施工。该项目将于年底投产，可实现对本区域内煤层气、煤矿瓦斯气、管道天然气资源的充分利用，燃气资源年综合利用总量达10亿立方米，年综合产值达20亿元，成为国内首个天然气煤层气综合利用示范园区。函据天然气<煤层气>与管道网）