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1、电动机驱动管道增压压缩机采用先进的无级变速机械装置的优越性第24卷第3期2006年6月天然气与石油NaturalGasAndOilV01.24.No.3Jun.2006电动相驱动管道增压压缩相采用先进硇无级变速机赫装置硇优越性卢鹏飞(中国石化工程建设公司,北京100027)摘要:论述电动机驱动管道增压压缩机比燃气轮机驱动具有环保和经济两方面优势,是一种发展趋势;介绍了一种先进的无级变速机械装置一变速行星齿轮的原理;对变频电动机驱动和用变速行星齿轮电动机驱动两种装置的经济和各项指标进行比较;介绍变速行星齿轮在中国的业绩和在美国天然气管道增压站的使用业绩;指出采用变速行星齿轮的优越性以及众多工程公
2、司和压缩机制造厂选用变速行星齿轮的成功经验,展望变速行星齿轮在天然气管道输送方面较大的发展潜力.关键词:增压压缩机;变速行星齿轮;无级变速机械装置;环保文章编号:10065539l2006)03一OO4403文献标识码:BO概述石油和天然气是当今世界一次能源和化工原料的最重要支柱.石油和天然气作为高效,优质,清洁能源和化工原料,其用途越来越广,需求量不断增加.天然气在中国能源结构的比例中将迅速增大.而对陆上天然气的输送,管道输送无疑是最经济的手段.从20世纪50年代末60年代初以来,业主不愿多用电动机作为驱动机的理由是:a.天然气管道公司不愿依赖于一个竞争工业提供的外部动力源;b.电价与天然气
3、价相比较高.90年代初,由于燃烧天然气的电站迅速发展,造成电力工业和天然气工业的相互依靠,电价大幅度降低,为采用电动机作为驱动机创造了客观的条件.大功率电动机驱动管道增压离心压缩机的发展,又推动了天然气输送工业的进步.电动机驱动要比单循环燃气轮机驱动最高能增加9%系统热效率.对于采用现代先进技术的发电系统,从天然气燃烧到轴功率输出的发电厂系统热效率,包括发电厂输送系统中的各种损失,此值可达50%;使用单循环燃气轮机驱动的最高效率达40%,平均效率仅为35%.系统热效率的计算见下式所示:电动机输出轴端系统热效率=天然气发电厂效率(50%)X输送系统效率(95%)X变电所效率(99%)输入变压器效
4、率(99%)电动机电压降折算效率(98%)x电动机效率(96%)=44%电动机的运行效率在满负荷时大于96%,在部分负荷时大于90%.因此,操作费用由于系统热效率的提高和部分负荷运行效率高而大为节省,电动机的维护费用也远比燃气轮机低得多.更重要的优点是,它能减少噪声20dB以上,实现无污染气体(CO,cch,NOx,SOx)排放.但是当采用变频电动机驱动时,必须要考虑电磁辐射对人员的伤害问题.电力驱动系统的投资费用一般低于同等功率燃气轮机系统25%40%,电力驱动系统的可用性大于98%,是燃气轮机所不能比拟的.1电动机变速驱动离心压缩机在增压站典型流程中的位置2天然气从处理厂出来以后,脱去轻烃
5、类,水和硫收稿日期:20060313作者简介:卢鹏(1930一),男,上海人,教授级高级工程师(离休),主要从事油气,石油化工透平机械的设计研究工作.电话:13701088176.第24卷第3期卢鹏飞:电动机驱动管道增压压缩机采用先进的无级变速机械装置的优越性45化氢,进人输气管道增压站,经增压后出站进行管道输送.天然气增压压缩机在增压站典型流程中的位置,见图1所示.干线图1电动机变速驱动天然气增压压缩机在增压站典型流程中的位置2变速行星齿轮(VORECON)的原理3VI二)IN变速驱动机也称变速行星齿轮,是一种无级变速的机械装置,它主要由一台转矩变换器,一台固定行星齿轮和一台旋转行星齿轮所组
6、成.通过可调转矩变换器,用液压油将一部分动力分流叠加到旋转行星齿轮,来控制主驱动轴的转速.动力的主要部分(大约为75%)是通过主轴和行星齿轮机械传递的,整机的效率可超过95%.RWE型VORECON是它的最紧凑的型号,其动力分流原理图.见图2.图2VORECON的动力分流原理图3两种电动机变速驱动配置的比较电动机驱动增压压缩机的变速调速方案有两种:一种是变频调速(,m),纯电力的(非高速电动机需加齿轮箱增速);另一种是变速行星齿轮(VORECON),纯机械的.3.1电动机变速驱动配置的经济比较4】表1为电动机变速驱动配置的经济比较.表1电动机变速驱动(10MW)配置的经济比较3.2各项指标比较
7、J两种电动机变速驱动机的选择应考虑以下因素:设备费用;性能和效率;占用空间;工程设计工作量;维护和大修;环境污染及寿命周期费用评价.寿命周期费用评价是选择的一个重要项目,预计设备20年或30年寿命,对寿命期间作出真实全面的经济分析,包括投资,操作,维护,大修等费用.各项指标的比较,见表2.4VORECON的部分业绩表3为VORECON在中国的应用业绩.表4为22台VORECON应用在美国天然气管道增压压缩机的业绩.天然气与石油2006年表2变频电动机驱动(VFD)和用变速行星齿轮(vIIN)电动机驱动的比较20051RWC1616F10压缩机试验台280001500/6000沈阳鼓风机厂200
8、54RWE12F6甲醇合成气压缩机60001495/11687内蒙古博原联合化工公司5结束语变速行星齿轮(V0ICON)是非常可靠,经济,坚固和紧凑的机器,更可贵的它是无污染的绿色机器.许多工程公司和国际上着名的压缩机制造厂(例如DreSser_Rand,MANTurbo,RollsRoyce,Solar,(下转第55页)第24卷第3期刘家洪,等:高含硫天然气净化厂设计特点55驱动,硫磺回收装置再热炉采用蒸气再热,脱水装置TEG再生加热采用中压蒸气加热;大型用电设备采用变频调速等,大大降低了工厂能耗.3.7要求热处理,然后进行验证抗硫化物应力开裂(SSC)试验和抗氢致开裂(HIC)试验;产品进
9、行整体热处理后,应对焊缝,母材和热影响区硬度进行检测控制.对用于高含硫天然气介质的设备材质作严格3.9配备必要的安全防护设施高酸性湿环境工况用材料除符合相应材料标准的规定外,应对原材料的化学成分特别是P,S含量进行严格控制,并按规定进行抗硫化物应力开裂()试验和抗氢致开裂(HIC)试验;管线,设备原材料应进行超声检测,符合所用材料的标准规定,不允许材料内部存在白点,裂纹,气孔等缺陷;对材料晶粒度按GBZI6394规定检测,进行控制;材料非金属夹杂物,偏析等应进行分析控制等,确保用于高含硫介质的设备材料的适应性.3.8对设备制造质量要求针对高含硫介质的腐蚀特性,对设备制造过程的焊接和焊后热处理作
10、严格要求.焊接:所有焊缝均应经焊接工艺评定,包括对焊,补焊,管子与管板焊接,堆焊,角焊等;在满足强度要求的前提下,尽可能采用低强度焊接材料;焊接工艺评定,焊接试板及每一种焊接工艺施焊的产品焊缝应进行硬度测定;焊缝外的起弧,打弧点在焊后热处理前打磨到位,并作磁粉或着色检查;所有焊接接头尽可能不留下封闭的中间空隙;铁素体钢与奥氏体钢之间不用异种金属焊接接头等.焊后热处理:承压设备,管道的焊缝应进行整体除配备固定式H2S报警仪,便携式H2S报警仪,空气呼吸器等常规安全防护设备外,针对高含硫天然气净化厂实际情况,建议在适当场所设置一定数量庇护所.3.10硫磺成型工艺技术通过国外考察研究,结合川东北高含
11、硫天然气净化厂的硫磺量大的特点,在罗家寨天然气净化厂中采用了钢带造粒硫磺成型工艺,提高了硫磺的产品质量.同时硫磺产品采用了全自动包装码垛系统,大大减少了工人的劳动强度.4结束语随着几个高含硫气田的陆续开发,罗家寨,铁山坡高含硫天然气净化厂的相继建设和投产(尤其是铁山坡天然气净化厂需脱除有机硫,而且原料气中H2S含量达到了l5%),高含硫天然气净化工艺技术将在总工艺技术路线的选择,脱硫溶剂的选择,硫磺回收和尾气处理工艺的选择,工艺设备和材料的选型以及硫磺成型工艺等方面上一个新的技术台阶.(上接第46页)DemagDelaval,Thermodyn,NuovoPignone,AC,Elliott,
12、荏原,三菱重工,神户制钢等)均有选用VORECON配电动机变速调节控制天然气管道压缩机或其它压缩机的成功经验.展望在天然气管道输送方面,无论新建还是改建的增压站项目中,电动机用VORECON变速驱动离心压缩机有较大的发展潜力.参考文献:1RyrieJ.MOPICO-ElectricDrivenGasPipelineCornpressorZ.Gerrnan:Ryriej.2001.2戴家齐,叶德丰.世界管道手册M.北京:石油工业出版社,2003.3VoithTurbo.VoreeonVariableSpeedPlanetaryGearZ.C,-erlanVoityhTurbo.2003.4VDIReportNr.1425.SpeedControlofTurbocompresmrsA.Gerrnan:VDIReportNr.1998.5卢鹏飞.离心压缩机各种变速驱动机的比较和选择J.石油化工设备技术,2005,26(3):4349.6SautterW.DrivingWithoutGasJ.WorldPipeline.April,2003.7VoithTurbo.Variable-SpeedDrivesforTheOil,GasandPetrochemicalIndustryZ.C_.re/nlfln:VoithTurbo.2000.
