一、简述

在许多化工装置中，都要采用泵及压缩机，且其能耗所占比例在一个化工装置中也是相当大的。一旦这些装置开车投入运行，就要求这些泵及压缩机需连续工作约一到二年。所以这些泵及压缩机的驱动器必须要求相当可靠，在保证装置运行和控制可靠的同时，还必须要求投资和能耗最低。由此可见，压缩机及泵驱动方案的选择显得尤为重要。

常见的压缩机及泵驱动器如下：

(1)     电动机驱动

(2)     蒸汽透平驱动

(3)     柴油机驱动

(4)     燃气透平驱动

压缩机及泵选择何种驱动器，要根据装置的工艺过程及装置所处的场所、地理位置及周围环境来决定。在无特殊要求时，一般柴油机及燃气透平作为驱动器较少使用，特别是天然气、分离气或石油裂解气等比较缺乏的地区，则无法使用燃气透平作驱动机。

下面以某工程压缩机驱动方案的选择为例，来说明压缩机及泵驱动器选择电动机及蒸汽透平时的方案比较与选择原则。

在某工程配套装置中，正常生产需要两台压缩机(一台空气压缩机，一台制冷压缩机），并且反应器副产一定数量的中压蒸汽。因此，压缩机的驱动方式，是采用电机驱动还是蒸汽透平驱动，这两种方案，那一种方案更节能、更经济、更合理。方案的比较与优化，显得比较重要。

蒸汽系统简介

反应器副产蒸汽参数为:压力P₁=4.1MPa(G)，温度t₁=343℃，蒸汽量Q₁=54.29t/h。

热用户用汽参数为:压力P₂=0.3MPa(G)，温度t₂=144℃的饱和蒸汽量Q₂=44.84t/h。

根据这样一组用汽、产汽条件，有下述两个压缩机驱动方案可供选择。现对这两种方案作一比较。

二、 压缩机驱动方案

（一） 方案一 电机驱动压缩机方案(见图一)

将副产蒸汽用于驱动背压式蒸汽透平发电，其背压排汽供给0.3MPa(G)的蒸汽热用户，发出的电并入厂内6000V电网。 而两台压缩机分别由两台防爆电机驱动，电机所需电能由厂内6000V电网提供。

1、 发电机输出电功率计算

由水蒸汽焓熵图(i-s图)查得:在 P₁，t₁条件下，蒸汽焓为:i₁=3075kJ/kg，在P₂，t₂条件下，焓值为:i₂=2735kJ/kg，绝热焓降至焓值为i_绝=2590kJ/kg，则有效焓降为:△i=i₁-i₂=340kJ/kg，绝热焓降为:△i_绝=i₁-i_绝=485kJ/kg，此时该透平内效率为：

η_内＝△i／△i_绝＝70％

此值对背压式小功率透平而言,为正常值．

输出的电功率为:(假定管道效率为η_管为98％，蒸汽透平机械效率η_机为97％，联轴器效率为η_联为99％，发电机效率为η_电为98％)

    N=Δi´Q₁´η_管´η_机´η_联´η_电/3.6=4728.8kW

2、电动机输入功率计算

由于驱动两台压缩机的透平功率N_1，N₂分别为 3450kW，1345kW，转速分别为7063r/min，9481r/min(转/分).为了使电机转速与压缩机转速相匹配，必须设增速器。假定电动机功率与蒸汽透平功率相同，则电动机从厂内6000V电网需要的电功率为:(假定厂内电网变送损失为η_变按3％计,增速器损失η_增按2％计, 电动机效率为η_电动为98％)

    N'=(N1+N2)/[(1-η_变) ´(1-η_增) ´η_电动 ]=5147kW

3、 二者功率差

    ΔN=N'-N=418.2kW

由此可见，方案一中发电机输出电功率不能满足电动机的输入功率。

（二） 方案二 蒸汽透平驱动压缩机方案(见图二)

将副产蒸汽用于驱动背压式蒸汽透平直接带动压缩机， 透平背压排汽供给0.3MPa(G)的蒸汽热用户。

1、 进入两台压缩机蒸汽透平的蒸汽流量计算

a、 进入空压机蒸汽透平的蒸汽流量计算

由于空气压缩机属于国内制造厂商制造，使得压缩机配套透平也属于国内制造厂商配套，按照国内透平厂商提供数据，在N₁=3450kW，n=7063r/min下,且进汽参数在P₁、t₁，排汽参数在P₂(此时绝热焓降至焓值为i_绝=2590kJ/kg)时,η_内=80.5%，透平进汽量按下式计算：(假定管道效率为η_管为98％)

    m₁=N₁×3.6/[(i₁-i_绝)×η_内×η_管]=32.46t/h  

b、进入制冷机蒸汽透平的蒸汽流量计算

由于制冷压缩机属于国外制造厂商制造，使得压缩机配套透平也属于国外制造厂商配套，按照国外透平厂商提供数据，在N₂=1345kW，n=9481r/min下， 且进汽参数在P₁、t₁，排汽参数在P₂(此时绝热焓降至焓值为i_绝=2590kJ/kg)时，η_内=67%，转速对效率的修正系数为A=0.95,过热度对效率的修正系数为B=1.006,背压对效率的修正系数为C=0.985，则透平进汽量按下式计算：(假定管道效率为η_管为98％)

     m₁=N₂×3.6/[(i₁-i_绝)×η_内×A×B×C×η_管]=16.15t/h

c、两台透平总用汽量为

    m=m₁+m₂=48.61t/h。

2、 透平用汽量与副产蒸汽的差值为

    Δm=m-Q₁=-5.68t/h

因此，方案二中副产蒸汽不仅满足了透平对汽量的要求，而且有节余。

三、 方案的比较与分析

（一）、能量消耗

电机驱动压缩机方案，不仅造成能量浪费，而且发电机输出电功率，不能满足电动机输入功率要求(差418.2kW).而蒸汽透平直接驱动压缩机方案，副产蒸汽不仅满足了蒸汽透平对汽量的要求，而且有节余(5.68t/h)。多余的蒸汽，若送入厂外热电厂用于发电，则能多发出的电功率按下式计算：

    N₁ =Δi_凝´Δm´η_管´η_机´η_联´η_电/3.6=909.5kW

上式计算中，按凝汽机考虑，排汽压力按0.007MPa(A)，此时蒸汽焓值为:i₄=2450kJ/kg(假定该凝汽式蒸汽透平排汽湿度按5％考虑)，则有效焓降:△i_凝=i₁-i₄=625kJ/kg,假定管道效率为η_管为98％，蒸汽透平机械效率η_机为97％，联轴器效率为η_联为99％，发电机效率为η_电为98％)

由此可见，蒸汽透平直接驱动压缩机方案的能耗低于电机驱动压缩机方案，功率节省值为:

    N_省 =N₁+ΔN=1327.7kW

上述节省的电功率，每小时可发1327.7kWh电，每年操作小时数按8000小时计算，可发10621600 kWh /年，每kWh电价按0.18元计，每年可节约190多万元。其经济价值比较可观。上述定量分析的结果表明，在该工程中,蒸汽透平驱动压缩机方案比电动机驱动压缩机方案节能。

（二）、 主要设备购置费及占地

由于本装置该压缩机所处场所电气防爆等级划分为dIIAT₂，并且有开车外供汽源(由3.9MPa(G)的蒸汽管网供给），开车不需要设置大型防爆电机。因此蒸汽透平驱动压缩机方案比电动机驱动压缩机方案少两台大型防爆电机，少两台增速器，少一台6000kW背压透平发电机组，而多两台小功率透平。另外，蒸汽透平驱动压缩机方案比电动机驱动压缩机方案少一个发电厂房。上述定性分析的结果表明，蒸汽透平驱动压缩机方案比电动机驱动压缩机方案节省设备投资及占地面积。

（三）、蒸汽平衡结果

采用了蒸汽透平驱动压缩机方案后，副产4.1MPa(G)，343℃的蒸汽尚多余5.68t/h，经调节阀调压后，并入3.9MPa(G)的管网(3.9MPa(G)的蒸汽管网为开车蒸汽管网，由装置外供给).背压式蒸汽透平排出的0.3 MPa(G),143℃的蒸汽供热用户使用后还剩3.77t/h(m-Q₃而得), 并入0.3MPa(G)的蒸汽管网，供其它工艺装置及公用工程用户使用。