【压缩机网】本文将从项目开发到成功运行来介绍Acron 集团 PJSC威利基诺夫哥罗德尿素装置，用整体齿轮离心压缩机替代往复式压缩机成功的改造2 000 MTPD尿素装置。在此案例中您可以了解到阿特拉斯·科普柯整体齿轮CO2压缩机的特点和优点。
1. 威利基诺夫哥罗德尿素装置（Veliky Novgorod Urea plant）压缩机改造背景
威利基诺夫哥罗德尿素厂由Acron集团PJSC拥有和经营。无论在俄罗斯还是全世界，Acron集团都是一个领先的垂直整合矿物肥料生产商。
从20世纪60年代后期起，威利基诺夫哥罗德尿素厂一直使用往复式压缩技术进行生产。由8台往复式压缩机（包括2台备用机）支持尿素生产，年产量为2000MTPD，压缩机平均运行时间约为7650小时/年。然而往复式压缩机每2000到3000小时需要停机检修，机器老化以及频繁检修给企业造成了巨大的负担。为了减少OPEX、延长检修间隔，2012年威利基诺夫哥罗德尿素厂决定对设备进行改造，经过多项比较，使用了阿特拉斯·科普柯整体齿轮离心式压缩机进行全厂改造。
(图1）
2. 威利基诺夫哥罗德尿素装置改造备选方案及比较
2.1 原先使用的压缩机。在改造之前，工厂使用的是60年代安装的老式往复式压缩机，由电动机直接驱动（图1）。每1000 MTPD生产线需要安装四台往复式压缩机（运行三台，待机一台）来压缩32 500公斤/小时的CO2， 压力从1公斤至200公斤绝压。由于原有设备太陈旧和运行不稳定，2012年决定对其改造。
2.2 改造的备选方案
这次改造的决策驱动因素主要有两点：第一，新压缩机的尺寸受限于现有空间，第二：有效压缩和低维护的最佳结合。
备选方案一：再次使用往复式压缩机。新设计的往复式压缩机仍需将多个压缩机并联运行，需要脉动阻尼器。此外，需要更多频次的停机维护时间。
备选方案二：单轴压缩机。需要更大的占地空间。由低压（LP）段和高压（HP）段组成，需要更多的叶轮。单个轴单元的长期OPEX优于往复式压缩机，但仍不如整体齿轮压缩机。
最佳方案：整体齿轮压缩机。由于改造对新设备提出额外的约束和要求，我们从效率、可靠性、占地以及停机维护时间等方面对往复、单轴和整体齿轮技术进行分析后充分考虑了下面的因素：
1. 新设备的占地面积需要等于或小于现有空间
2. 新设备必须符合工厂现有的基础设施
3. 新设备设计阶段需要考虑工艺以及公用设施连接的进出法兰的尺寸和位置
4. 需要考虑噪声水平和评估基本负荷
2.3 改造备选方案比较
整体齿轮压缩机 VS 单轴压缩机
效率取决于各种参数，通过逐个评估参数，以便找到最佳的压缩解决方案。数据表明，整体齿轮的内功率比单轴提高了23%，主要来自：
第一：增加中间冷却器的数量，每个压缩段后都可以容易地应用，有助于更接近等温压缩。
第二：优化每个小齿轮上的转速（每两级一根轴为同一转速）。速度调整可提高流量系数从而带来更好的效率。。
整体齿轮 VS 老式往复（活塞）压缩机
（图2）
（图2）是两种压缩技术在压、焓图中的比较。原先往复式压缩机用了3个中间冷却器，每级压比接近4。整体齿轮压缩机8级压缩，增加了中间冷却器的数量，第一级压比为3，随后的级压比更低一点，可以使CO2压缩接近等温压缩。
表1比较新旧压缩机得出整体齿轮压缩机的优势：
1. 工艺参数、绝对流量和压力不变的情况下，一台整体齿轮压缩机可以达到同样的压缩效果而无需备机
2. 更小的占地面积，与四个往复式压缩机占地315 m2相比，只需180平方米，减少43%
3. 更短的维护停机时间和极佳的成本优势。每台往复式压缩机的维护时间大约16天/年，离心式压缩机维护时间总共约30天/5年
4. 更少的磨损件
5. 不需要脉动阻尼器
1. 威利基诺夫哥罗德尿素装置（Veliky Novgorod Urea plant）压缩机改造背景
威利基诺夫哥罗德尿素厂由Acron集团PJSC拥有和经营。无论在俄罗斯还是全世界，Acron集团都是一个领先的垂直整合矿物肥料生产商。
从20世纪60年代后期起，威利基诺夫哥罗德尿素厂一直使用往复式压缩技术进行生产。由8台往复式压缩机（包括2台备用机）支持尿素生产，年产量为2000MTPD，压缩机平均运行时间约为7650小时/年。然而往复式压缩机每2000到3000小时需要停机检修，机器老化以及频繁检修给企业造成了巨大的负担。为了减少OPEX、延长检修间隔，2012年威利基诺夫哥罗德尿素厂决定对设备进行改造，经过多项比较，使用了阿特拉斯·科普柯整体齿轮离心式压缩机进行全厂改造。
(图1）
2. 威利基诺夫哥罗德尿素装置改造备选方案及比较
2.1 原先使用的压缩机。在改造之前，工厂使用的是60年代安装的老式往复式压缩机，由电动机直接驱动（图1）。每1000 MTPD生产线需要安装四台往复式压缩机（运行三台，待机一台）来压缩32 500公斤/小时的CO2， 压力从1公斤至200公斤绝压。由于原有设备太陈旧和运行不稳定，2012年决定对其改造。
2.2 改造的备选方案
这次改造的决策驱动因素主要有两点：第一，新压缩机的尺寸受限于现有空间，第二：有效压缩和低维护的最佳结合。
备选方案一：再次使用往复式压缩机。新设计的往复式压缩机仍需将多个压缩机并联运行，需要脉动阻尼器。此外，需要更多频次的停机维护时间。
备选方案二：单轴压缩机。需要更大的占地空间。由低压（LP）段和高压（HP）段组成，需要更多的叶轮。单个轴单元的长期OPEX优于往复式压缩机，但仍不如整体齿轮压缩机。
最佳方案：整体齿轮压缩机。由于改造对新设备提出额外的约束和要求，我们从效率、可靠性、占地以及停机维护时间等方面对往复、单轴和整体齿轮技术进行分析后充分考虑了下面的因素：
1. 新设备的占地面积需要等于或小于现有空间
2. 新设备必须符合工厂现有的基础设施
3. 新设备设计阶段需要考虑工艺以及公用设施连接的进出法兰的尺寸和位置
4. 需要考虑噪声水平和评估基本负荷
2.3 改造备选方案比较
整体齿轮压缩机 VS 单轴压缩机
效率取决于各种参数，通过逐个评估参数，以便找到最佳的压缩解决方案。数据表明，整体齿轮的内功率比单轴提高了23%，主要来自：
第一：增加中间冷却器的数量，每个压缩段后都可以容易地应用，有助于更接近等温压缩。
第二：优化每个小齿轮上的转速（每两级一根轴为同一转速）。速度调整可提高流量系数从而带来更好的效率。。
整体齿轮 VS 老式往复（活塞）压缩机
（图2）
（图2）是两种压缩技术在压、焓图中的比较。原先往复式压缩机用了3个中间冷却器，每级压比接近4。整体齿轮压缩机8级压缩，增加了中间冷却器的数量，第一级压比为3，随后的级压比更低一点，可以使CO2压缩接近等温压缩。
表1比较新旧压缩机得出整体齿轮压缩机的优势：
1. 工艺参数、绝对流量和压力不变的情况下，一台整体齿轮压缩机可以达到同样的压缩效果而无需备机
2. 更小的占地面积，与四个往复式压缩机占地315 m2相比，只需180平方米，减少43%
3. 更短的维护停机时间和极佳的成本优势。每台往复式压缩机的维护时间大约16天/年，离心式压缩机维护时间总共约30天/5年
4. 更少的磨损件
5. 不需要脉动阻尼器
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