電動機驅(qū)動管道增壓壓縮機采用先進(jìn)的無級變速機械裝置的優(yōu)越性

1、電動機驅(qū)動管道增壓壓縮機采用先進(jìn)的無級變速機械裝置的優(yōu)越性第24卷第3期2006年6月天然氣與石油naturalgasandoilv01.24.no.3jun.2006電動相驅(qū)動管道增壓壓縮相采用先進(jìn)硇無級變速機赫裝置硇優(yōu)越性盧鵬飛(中國石化工程建設(shè)公司,北京100027)摘要:論述電動機驅(qū)動管道增壓壓縮機比燃?xì)廨啓C驅(qū)動具有環(huán)保和經(jīng)濟(jì)兩方面優(yōu)勢,是一種發(fā)展趨勢;介紹了一種先進(jìn)的無級變速機械裝置一變速行星齒輪的原理;對變頻電動機驅(qū)動和用變速行星齒輪電動機驅(qū)動兩種裝置的經(jīng)濟(jì)和各項指標(biāo)進(jìn)行比較;介紹變速行星齒輪在中國的業(yè)績和在美國天然氣管道增壓站的使用業(yè)績;指出采用變速行星齒輪的優(yōu)越性以及眾多工程公

2、司和壓縮機制造廠選用變速行星齒輪的成功經(jīng)驗,展望變速行星齒輪在天然氣管道輸送方面較大的發(fā)展?jié)摿?關(guān)鍵詞:增壓壓縮機;變速行星齒輪;無級變速機械裝置;環(huán)保文章編號:10065539l2006)03一oo4403文獻(xiàn)標(biāo)識碼:bo概述石油和天然氣是當(dāng)今世界一次能源和化工原料的最重要支柱.石油和天然氣作為高效,優(yōu)質(zhì),清潔能源和化工原料,其用途越來越廣,需求量不斷增加.天然氣在中國能源結(jié)構(gòu)的比例中將迅速增大.而對陸上天然氣的輸送,管道輸送無疑是最經(jīng)濟(jì)的手段.從20世紀(jì)50年代末60年代初以來,業(yè)主不愿多用電動機作為驅(qū)動機的理由是:a.天然氣管道公司不愿依賴于一個競爭工業(yè)提供的外部動力源;b.電價與天然氣

3、價相比較高.90年代初,由于燃燒天然氣的電站迅速發(fā)展,造成電力工業(yè)和天然氣工業(yè)的相互依靠,電價大幅度降低,為采用電動機作為驅(qū)動機創(chuàng)造了客觀的條件.大功率電動機驅(qū)動管道增壓離心壓縮機的發(fā)展,又推動了天然氣輸送工業(yè)的進(jìn)步.電動機驅(qū)動要比單循環(huán)燃?xì)廨啓C驅(qū)動最高能增加9%系統(tǒng)熱效率.對于采用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)的發(fā)電系統(tǒng),從天然氣燃燒到軸功率輸出的發(fā)電廠系統(tǒng)熱效率,包括發(fā)電廠輸送系統(tǒng)中的各種損失,此值可達(dá)50%;使用單循環(huán)燃?xì)廨啓C驅(qū)動的最高效率達(dá)40%,平均效率僅為35%.系統(tǒng)熱效率的計算見下式所示:電動機輸出軸端系統(tǒng)熱效率=天然氣發(fā)電廠效率(50%)x輸送系統(tǒng)效率(95%)x變電所效率(99%)輸入變壓器效

4、率(99%)電動機電壓降折算效率(98%)x電動機效率(96%)=44%電動機的運行效率在滿負(fù)荷時大于96%,在部分負(fù)荷時大于90%.因此,操作費用由于系統(tǒng)熱效率的提高和部分負(fù)荷運行效率高而大為節(jié)省,電動機的維護(hù)費用也遠(yuǎn)比燃?xì)廨啓C低得多.更重要的優(yōu)點是,它能減少噪聲20db以上,實現(xiàn)無污染氣體(co,cch,nox,sox)排放.但是當(dāng)采用變頻電動機驅(qū)動時,必須要考慮電磁輻射對人員的傷害問題.電力驅(qū)動系統(tǒng)的投資費用一般低于同等功率燃?xì)廨啓C系統(tǒng)25%40%,電力驅(qū)動系統(tǒng)的可用性大于98%,是燃?xì)廨啓C所不能比擬的.1電動機變速驅(qū)動離心壓縮機在增壓站典型流程中的位置2天然氣從處理廠出來以后,脫去輕烴

5、類,水和硫收稿日期:20060313作者簡介:盧鵬(1930一),男,上海人,教授級高級工程師(離休),主要從事油氣,石油化工透平機械的設(shè)計研究工作.電話第24卷第3期盧鵬飛:電動機驅(qū)動管道增壓壓縮機采用先進(jìn)的無級變速機械裝置的優(yōu)越性45化氫,進(jìn)人輸氣管道增壓站,經(jīng)增壓后出站進(jìn)行管道輸送.天然氣增壓壓縮機在增壓站典型流程中的位置,見圖1所示.干線圖1電動機變速驅(qū)動天然氣增壓壓縮機在增壓站典型流程中的位置2變速行星齒輪(vorecon)的原理3vi二)in變速驅(qū)動機也稱變速行星齒輪,是一種無級變速的機械裝置,它主要由一臺轉(zhuǎn)矩變換器,一臺固定行星齒輪和一臺旋轉(zhuǎn)行星齒輪所組

6、成.通過可調(diào)轉(zhuǎn)矩變換器,用液壓油將一部分動力分流疊加到旋轉(zhuǎn)行星齒輪,來控制主驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速.動力的主要部分(大約為75%)是通過主軸和行星齒輪機械傳遞的,整機的效率可超過95%.rwe型vorecon是它的最緊湊的型號,其動力分流原理圖.見圖2.圖2vorecon的動力分流原理圖3兩種電動機變速驅(qū)動配置的比較電動機驅(qū)動增壓壓縮機的變速調(diào)速方案有兩種:一種是變頻調(diào)速(,m),純電力的(非高速電動機需加齒輪箱增速);另一種是變速行星齒輪(vorecon),純機械的.3.1電動機變速驅(qū)動配置的經(jīng)濟(jì)比較4】表1為電動機變速驅(qū)動配置的經(jīng)濟(jì)比較.表1電動機變速驅(qū)動(10mw)配置的經(jīng)濟(jì)比較3.2各項指標(biāo)比較

7、j兩種電動機變速驅(qū)動機的選擇應(yīng)考慮以下因素:設(shè)備費用;性能和效率;占用空間;工程設(shè)計工作量;維護(hù)和大修;環(huán)境污染及壽命周期費用評價.壽命周期費用評價是選擇的一個重要項目,預(yù)計設(shè)備20年或30年壽命,對壽命期間作出真實全面的經(jīng)濟(jì)分析,包括投資,操作,維護(hù),大修等費用.各項指標(biāo)的比較,見表2.4vorecon的部分業(yè)績表3為vorecon在中國的應(yīng)用業(yè)績.表4為22臺vorecon應(yīng)用在美國天然氣管道增壓壓縮機的業(yè)績.天然氣與石油2006年表2變頻電動機驅(qū)動(vfd)和用變速行星齒輪(viin)電動機驅(qū)動的比較20051rwc1616f10壓縮機試驗臺280001500/6000沈陽鼓風(fēng)機廠200

8、54rwe12f6甲醇合成氣壓縮機60001495/11687內(nèi)蒙古博原聯(lián)合化工公司5結(jié)束語變速行星齒輪(v0icon)是非?？煽?經(jīng)濟(jì),堅固和緊湊的機器,更可貴的它是無污染的綠色機器.許多工程公司和國際上著名的壓縮機制造廠(例如dresser_rand,manturbo,rollsroyce,solar,(下轉(zhuǎn)第55頁)第24卷第3期劉家洪,等:高含硫天然氣凈化廠設(shè)計特點55驅(qū)動,硫磺回收裝置再熱爐采用蒸氣再熱,脫水裝置teg再生加熱采用中壓蒸氣加熱;大型用電設(shè)備采用變頻調(diào)速等,大大降低了工廠能耗.3.7要求熱處理,然后進(jìn)行驗證抗硫化物應(yīng)力開裂(ssc)試驗和抗氫致開裂(hic)試驗;產(chǎn)品進(jìn)

9、行整體熱處理后,應(yīng)對焊縫,母材和熱影響區(qū)硬度進(jìn)行檢測控制.對用于高含硫天然氣介質(zhì)的設(shè)備材質(zhì)作嚴(yán)格3.9配備必要的安全防護(hù)設(shè)施高酸性濕環(huán)境工況用材料除符合相應(yīng)材料標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定外,應(yīng)對原材料的化學(xué)成分特別是p,s含量進(jìn)行嚴(yán)格控制,并按規(guī)定進(jìn)行抗硫化物應(yīng)力開裂()試驗和抗氫致開裂(hic)試驗;管線,設(shè)備原材料應(yīng)進(jìn)行超聲檢測,符合所用材料的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,不允許材料內(nèi)部存在白點,裂紋,氣孔等缺陷;對材料晶粒度按gbzi6394規(guī)定檢測,進(jìn)行控制;材料非金屬夾雜物,偏析等應(yīng)進(jìn)行分析控制等,確保用于高含硫介質(zhì)的設(shè)備材料的適應(yīng)性.3.8對設(shè)備制造質(zhì)量要求針對高含硫介質(zhì)的腐蝕特性,對設(shè)備制造過程的焊接和焊后熱處理作

10、嚴(yán)格要求.焊接:所有焊縫均應(yīng)經(jīng)焊接工藝評定,包括對焊,補焊,管子與管板焊接,堆焊,角焊等;在滿足強度要求的前提下,盡可能采用低強度焊接材料;焊接工藝評定,焊接試板及每一種焊接工藝施焊的產(chǎn)品焊縫應(yīng)進(jìn)行硬度測定;焊縫外的起弧,打弧點在焊后熱處理前打磨到位,并作磁粉或著色檢查;所有焊接接頭盡可能不留下封閉的中間空隙;鐵素體鋼與奧氏體鋼之間不用異種金屬焊接接頭等.焊后熱處理:承壓設(shè)備,管道的焊縫應(yīng)進(jìn)行整體除配備固定式h2s報警儀,便攜式h2s報警儀,空氣呼吸器等常規(guī)安全防護(hù)設(shè)備外,針對高含硫天然氣凈化廠實際情況,建議在適當(dāng)場所設(shè)置一定數(shù)量庇護(hù)所.3.10硫磺成型工藝技術(shù)通過國外考察研究,結(jié)合川東北高含

11、硫天然氣凈化廠的硫磺量大的特點,在羅家寨天然氣凈化廠中采用了鋼帶造粒硫磺成型工藝,提高了硫磺的產(chǎn)品質(zhì)量.同時硫磺產(chǎn)品采用了全自動包裝碼垛系統(tǒng),大大減少了工人的勞動強度.4結(jié)束語隨著幾個高含硫氣田的陸續(xù)開發(fā),羅家寨,鐵山坡高含硫天然氣凈化廠的相繼建設(shè)和投產(chǎn)(尤其是鐵山坡天然氣凈化廠需脫除有機硫,而且原料氣中h2s含量達(dá)到了l5%),高含硫天然氣凈化工藝技術(shù)將在總工藝技術(shù)路線的選擇,脫硫溶劑的選擇,硫磺回收和尾氣處理工藝的選擇,工藝設(shè)備和材料的選型以及硫磺成型工藝等方面上一個新的技術(shù)臺階.(上接第46頁)demagdelaval,thermodyn,nuovopignone,ac,elliott,

12、荏原,三菱重工,神戶制鋼等)均有選用vorecon配電動機變速調(diào)節(jié)控制天然氣管道壓縮機或其它壓縮機的成功經(jīng)驗.展望在天然氣管道輸送方面,無論新建還是改建的增壓站項目中,電動機用vorecon變速驅(qū)動離心壓縮機有較大的發(fā)展?jié)摿?參考文獻(xiàn):1ryriej.mopico-electricdrivengaspipelinecornpressorz.gerrnan:ryriej.2001.2戴家齊,葉德豐.世界管道手冊m.北京:石油工業(yè)出版社,2003.3voithturbo.voreeonvariablespeedplanetarygearz.c,-erlanvoityhturbo.2003.4vdireportnr.1425.speedcontrolofturbocompresmrsa.gerrnan:vdireportnr.1998.5盧鵬飛.離心壓縮機