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西门子STC-SV(12-6-B)混合冷剂透平压缩机组的选型设计特点浅析 冯兴全
【摘 要】目前大型天然气液化工厂国产混合冷剂透平压缩机组仍属于空白,中石油华港燃气集团引进的德国西门子公司设计制造的STC-SV(12-6-B)型混合冷剂透平压缩机组,在山西沁水天然气液化工厂项目中得到了成功应用,其诸多选型设计特点非常值得国内业内同行借鉴.%STC-SV (12-6-B) type mixed refrigerant turbo-compressor unit designed and manufactured by Germany-based SIEMENS,which was introduced by PetroChina Huagang Gas Group,is still in the blank in the large-scale natural gas liquefaction plant in China. It has been successfully applied in Shanxi Qinshui natural gas liquefaction plant project,many of its selection and design characteristics is very worthy of the domestic industry counterparts learn. 【期刊名称】《压缩机技术》
【年(卷),期】2017(000)001
【总页数】3页(P49-51)
【关键词】西门子;透平压缩机组;选型设计
【作 者】冯兴全
【作者单位】中石油华港燃气集团,河北 任丘 062552
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【正文语种】中 文
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【中图分类】TH45
中石油华港燃气集团在山西沁水建设投运了200万方/日天然气液化工厂，整个液化工厂采用了世界知名气体公司德国LINDE公司的工艺包技术，30000 m3LNG全包容储罐为德国TGE公司提供技术支持，而工厂的核心设备——混合冷剂（氮气、甲烷、乙烯、丁烷）透平压缩机组为德国西门子公司设计制造。由于工艺包技术先进，核心设备选型设计优良，整个工厂的投料试车一次成功，各项技术指标均达合同要求，创下了国内同类项目建设与投运的多项优良记录。
作为整个液化工厂的核心运转设备——西门子STC-SV（12-6-B）混合冷剂透平压缩机组的基本情况如下：由变频控制的同步电机驱动的垂直剖分透平压缩机经两段压缩（每段有各自的防喘振控制），将混合制冷剂气体（氮气、甲烷、乙烯、丁烷）压力升至6.5 MPa，再分别通过3个J-T阀节流膨胀制冷，通过LINDE公司生产的3段绕管式换热器吸收天然气液化过程中释放的热量，通过这种闭式压缩/膨胀的循环操作，可满足生产液化天然气所需冷量。 32MW主电机是由瑞士ABB公司提供的变频同步电机（ACS5000水冷电压源型驱动变频器、主电机的转子励磁控制系统以及隔离变压器亦为ABB公司提供），通过升速齿轮箱以膜片联轴器与压缩机联接，各设备均装配在独立的基板上。
整个机组所有设备的启停和运行由机组UCP全自动控制（机组UCP有2套CPU互为热备），机组一段、二段分别有一套防喘振控制系统。同步变频主电机及其励磁、驱动变频器、隔离变压器以及主断路器等设备由驱动变频器集中控制，通过通讯电缆由机组UCP远程监控。
3.1 主机结构
（1）主机为垂直剖分高压结构
相对于设计压力较低的水平剖分式透平压缩机，西门子STC-SV（12-6-B）压缩机主机采用了垂直剖分高压结构，这种结构的特点是在确保机组设计压力较高的前提下，方便了以后转子的维修：转子部件需要维修或更换时，只需打开端盖，将压缩机机芯（包裹住转子组件）整体抽出即可，见图1。
（2）转子轴向力的平衡设计
为了平衡主机启动与正常运行过程中转子的轴向力，STC-SV（12-6-B）压缩机除了在非驱动端设置双面止推盘外，在以下几方面进行了巧妙设计：一是一段叶轮与二段叶轮对称布置，二是在两段之间设计了迷宫式平衡盘和由二段流向一段入口的平衡管。
3.2 润滑油站
STC-SV（12-6-B）压缩机组主机、升速齿轮箱、同步变频主电机的轴承共用一套独立的润滑油站进行润滑。由于高速运转的STC-SV（12-6-B）压缩机组是整个天然气液化工厂的关键核心设备，所以机组对润滑油站运转可靠性方面进行了精心设计。
润滑油供油温度与供油压力的有效保证措施：（1）除了油站储油箱机油液位、机油温度设计了启机连锁外（储油箱内有恒温电加热器），润滑油站设置了2台互为自动热备的螺杆泵；（2）油泵出口的水冷却器（一用一备）管路上设计了节温阀，确保机组供油温度恒定；（3）供油总管上设置的油压调节阀组与泄压阀组联动，确保了机组供油压力稳定；（4）为了防止2台互为自动热备的螺杆泵因某种原因自动切换过程中供油压力脉动失稳，在油压调节阀组前设置了充氮蓄能器；（5）在供油总管上设置了高位油箱及单流阀，确保在机组突然停电或故障停车的惰走时段（至少10 min）能得到润滑保护；（6）有别于国内盲肠式引压管的设计，专门为重要参数——油压取压点设计了一条返回储油箱的管路。
3.3 机组主电机驱动变频器的冷却系统
STC-SV（12-6-B）压缩机组主机、升速齿轮箱为自然冷却，两段压缩后混合冷剂的冷却为变频控制的空冷器分别冷却，同步变频主电机以及润滑油站的冷却为除盐水闭式循环水冷。防盗追踪
STC－SV（12－6－B）属于大功率机组，ACS5000型主电机驱动变频器内部发热功率元件采用去离子水水冷（称为内循环冷却回路）。内循环冷却回路的去离子水的热量通过板
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式换热器由整个工厂的除盐水闭式循环水冷系统（称为外循环冷却回路）进行换热。内循环冷却回路设置了互为备用且定时交替运行（16 h+8 h）的循环泵，由于其可靠性、冷却效率、低噪声以及在电气室中最少的热量耗散，冷却效果好。机组运行过程中，由于压缩机负荷及转速的变化，为保证内循环水温在5～37℃的设计范围内，要求外循环水流量及温度实现在线自动调节——这一功能是通过恒转矩电动节温阀和外部喷淋实现的。
组培容器3.4 机组主机密封气系统
压缩机组主机有一套带中间迷宫密封的串联干气密封系统，分为主密封、次级密封和隔离气密封3个系统，见图2。压缩机组主机密封组件为德国Eagleburgmann公司产品，预期使用寿命50000 h。
机组除了有干气密封系统泄漏气压力与流量在线监测及报警、启机连锁及停车保护设计外，还有完备的多路密封气气源自动切换保障系统：启机前由干燥后的原料天然气作为主密封气，正常运行时自动切换为取自机组二段排气混合冷剂，紧急情况下自动切换为备用高压瓶组氮气。
3.5 机组主电机及变频驱动系统
机组主电机为ABB公司设计制造的无刷励磁同步电机，主电机的冷却由置于上部的水/空气换热器结合置于转子上的空气循环冷却风扇完成。在主电机内部有水泄漏探测器和空间加热器。此外，为确保没有可燃气体在电机空间的积聚，本机组主电机还有启机前的吹扫程序设计。
机组主电机采用ABB公司设计制造的电压源型水冷变频驱动系统，设计特点为：（1）中压部分的柜门兼有机械和电气安全连锁，变频器的柜门只有在主断路器打开且直流回路已经接地的情况下才能打开；（2）采用了高功率密度、高可靠性、无熔断器拓扑结构的IGCT集成门极换流晶闸管（Integrated Gate Commutated Thyristors） 技术；（3）采用36脉冲整流，电网适应性最佳；（4）采用先进的、自愈式的、环保的薄膜型电容器，其寿命远比电解电容器长。
3.6 机组PLC控制系统
压缩机组的PLC控制系统除了对机组循环压缩的冷剂的压力、温度、流量、液位进行在线监测，以及对机组每段可能发生的喘振进行预防控制外，还对以下设备或系统的相关参数进行在线监控连锁来保护整个机组安全平稳运行：（1）压缩机主机、主电机、升速齿轮箱
等运转设备的轴承温度、轴振动、轴位移；（2）压缩机主电机转速、轴功率、定子线圈三相温度以及吹扫风压力与温度；（3）机组润滑油站润滑油的压力与温度；（4）机组密封气各系统的压力、温度及流量。
此外，在压缩机运行过程中，可根据整个天然气液化工厂的负荷，在线对压缩机组的负荷进行相应调整，方法有：（1）通过变频器调整主电机的转速；（2）通过调整一段、二段防喘振阀的开度大小；（3）通过改变一段进气压力的设定值。
西门子STC－SV（12－6－B）混合冷剂透平压缩机组，通过项目前期业主与设备设计制造厂家之间的精准对接与充分交流，在设备选型设计方面呈现出诸多特点，通过现场实践检验证明是非常有效的，确保了整个机组的安全、环保、经济、平稳运行，而且，这些特点对于大型天然气液化工厂关键核心设备——混合冷剂循环透平压缩机组的国产化具有较强的借鉴和指导意义。
【相关文献】
[1]西门子STC－SV（12－6－B）混合冷剂透平压缩机组使用说明书[K].
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