浅谈运用生命周期成本分析选型压缩机

简正(广东寰球广业工程有限公司,广东省 广州市 510655)

压缩机是石油化工项目中相当常见并且价格较高的转动设备。从工程设计的角度看，压缩机的选型主要取决于工艺要求和转动设备机械要求，在很多时候能够满足这两种要求的方案往往并不是唯一的。譬如说，建设一个库容为12万立方的LPG低温库区，由于低温常压储罐的挥发气体流量随着外界温度和大罐液位的变化而不同，而压缩机出口的压力要求并不太高，因此挥发气体回收压缩机既可以采用变频式离心压缩机、又可以采用喷油螺杆压缩机，又或者采用往复式压缩机。在面对若干个可选方案时，进行压缩机生命周期成本分析，能够有助于确定最终方案。

1 总则

压缩机生命周期成本分析的原理是通过等额年金现值计算的方法，分析设备长期操作维护的各类费用，再加上设备一次购买的费用，求得整个生命周期的总成本。生命周期成本分析的基本公式如下：

LCC=IC+OC

LCC：设备生命周期总成本，单位为元或其他货币单位；

IC:设备的购买费用，采用压缩机制造厂的报价，单位为元或其他货币单位；

OC:生命周期操作维护成本的现值，单位为元或其他货币单位；

OC=P*EF*电机总数量

其中，P是压缩机的实际功率，单位为kW；EF是电机评估系数，单位为元/Kw；

EF=PV*EC*AH

其中EC为能耗费用，单位为元/kW hr；PV是若干年的现值系数；AH是实际年操作时间，假如连续操作的工厂，年操作时间应为8760小时，所以AH=OF*8760；

OF为操作系数，譬如新购了三台压缩机，正常的工况为两开一备，那么操作系数为2/3。

压缩机一般属于长周期设备，那么要求压缩机生命周期成本分析与压缩机选型工作必须在基础设计阶段内完成。

2 压缩机生命周期成本分析流程

3 案例分析

为了具体地讲述生命周期成本分析的整个流程，以下的章节将会引用一个例子进行详细地论述。假设某原油处理厂准备新建一套火炬气压缩回收装置，以到达减排的环保目的。

3.1 确认项目输入条件

压缩机的工艺要求如下表：

工艺参数温度入口压力出口压力流量单位°C K Pa(G)K Pa(G)Nm3/h r最小操作值8212750操作值533.512751675设计值120158515852233

气体物料组分：

组分名称甲烷CH 4乙烷C2 H 6丙烷C3 H 8二氧化碳CO2硫化氢H 2 S二氧化硫氮气N2百分总数平均分子量摩尔质量16.04330.0744.09744.0134.0064.06428.013摩尔百分比96.11.51.51500 p p m 000.910016.7

3.2 确定初选方案

根据以上的输入条件，考虑到火炬气流量不稳定、压缩比较大、且含有微量的酸性气体，结合目前市场上的压缩机样本，可以初步得到以下两种方案：

方案一、

两种类型压缩机串联：第一阶段采用1台液环压缩机，第二阶段采用1台无油螺杆压缩机。第一阶段中的液环压缩机具有内部间级冷却功能。被压缩后的工艺气体夹带少量的密封液进入一个带除雾板的气液分离罐后，再经过空冷器冷却后进入第二阶段的压缩。而在气液分离罐中沉降下来的密封液将会经过空冷器冷却后，再重新回到液环压缩机。进入第二阶段的压缩气体首先经过吸入口缓冲罐，然后由无油螺杆压缩机升压后，再经过空冷器的冷却，最后送至下游系统，完成整个回收过程。

方案二、

单一类型压缩机：1台喷油螺杆压缩机。工艺气体首先经过吸入口缓冲罐，然后由喷油螺杆压缩机升压。压缩完的工艺气体随后进入一个带润滑油吸附器的油气分离罐进行除油，再经过空冷器的冷却，最后送至下游系统，完成整个回收过程。同时，在油气分离罐中分离出来的润滑油将会经过空冷器冷却，再用输送泵重新注入压缩机内。

3.3 确认成本分析输入数据

3.3.1 假设压缩机生命周期期限为20年，年利率为5.9%，那么求得现值系数如下表：

n 1234567891011121314151617181920(1+i)^n 1.0591.1211.1881.2581.3321.4111.4941.5821.6751.7741.8791.9902.1072.2312.3632.5022.6502.8062.9723.147(1+i)^n-10.0590.1210.1880.2580.3320.4110.4940.5820.6750.7740.8790.9901.1071.2311.3631.5021.6501.8061.9722.147 i(1+i)^n 0.0620.0660.0700.0740.0790.0830.0880.0930.0990.1050.1110.1170.1240.1320.1390.1480.1560.1660.1750.186[(1+i)^n-1]/[i(1+i)^n 0.9441.8362.6783.4734.2244.9335.6026.2346.8317.3957.9278.4308.9059.3539.77610.17610.55310.90911.24611.564

3.3.2 假定压缩机制造厂针对三个方案分别返回了技术标文件，根据技术标列出所有用电设备及其功率。

方案一、

设备位号K-001 E-001设计温度120°C 120°C描述液环压缩机第一阶段后空冷器无油螺杆压缩机第二阶段后空冷器操作压力出口517 k Pa(G)200 k W K-002功率700 k W 11.2 k W出口1723 k Pa(G)80°C 120°C E-00211.2 k W操作温度80°C设计压力850 k Pa(G)850 k Pa(G)2000 k Pa(G)2000 k Pa(G)120°C

方案二、

设备位号功率操作温度设计温度K-001450 k W 80°C描述喷油螺杆压缩机后空冷器120°C 38k W E-001操作压力出口1280 k Pa(G)设计压力1500 k Pa(G)1500 k Pa(G)120°C

E-002 E-003 P-001A P-001B润滑油空冷器润滑油加热器润滑油循环泵润滑油循环泵30 k W 6 k W 11.2 k W 11.2 k W 1500 k Pa(G)1500 k Pa(G)1000 k Pa(G)1000 k Pa(G)120°C 120°C 120°C 120°C

3.3.3 操作维护费用分析

方案一、

位号评估系数EF描述费用单价电机功率电机运行数量电机备用数量11.5611.5611.56 K-00111.56 K-002 E-00156,708,400元907,335元16,202,400元907,335元0.8元/k Wh r 0.8元/k Wh r 0.8元/k Wh r 0.8元/k Wh r K-001 E-0022.5元/电费液环压缩机第一阶段后空冷器无油螺杆压缩机第二阶段后空冷器密封液补充费用液环压缩机维修费用整个压缩机单元合计m3700 k W 11.2 k W 200 k W 11.2 k W流量2 m3/h r 0 0 0 0 01 1 1 1 11 1 1 1 1 1人81012元/k W 81012元/k W 81012元/k W 81012元/k W操作系数11.56 m3506,328元N/A N/A 11.56253,164元/现值系数PV 60元/h r N/A 6,075,936元操作费OC 6,075,936元81,307,734元

A.假设某地工业用电电费为0.80元一度；

B.采用工厂水作为液环压缩机密封液，假设某地工业用水水费为2.50元一立方；

C.此案例不考虑除水、电外的其他公用工程消耗量；

D.维修费用应与业主进行商榷。

方案二、

位号描述费用单价电机功率电机运行数量操作系数现值系数PV评估系数EF操作费OC K-001450 k W 38k W电费喷油螺杆压缩机11.56 E-001后空冷器E-00236,455,400元3,078,456元2,430,360元486,072元453,667元453,667元0.8元/k Wh r 0.8元/k Wh r 0.8元/k Wh r 0.8元/k Wh r 0.8元/k Wh r 0.8元/k Wh r润滑油空冷器润滑油加热器润滑油循环泵润滑油循环泵润滑油补充费用30 k W 11.560 0 0 0 0 0电机备用数量6 k W 11.2 k W 11.2 k W流量E-003 P-001A P-001B 1 1 1 1 1 11 1 1 111.560.50.511.5611.5611.5681012元/k W 81012元/k W 81012元/k W 81012元/k W 40506元/k W 40506元/k W

445,570元K-001喷油螺杆压缩机维修费用整个压缩机单元0.04加仑/h r 1110元/加仑01人45元/h r N/A N/A N/A 11.5611.56111,139,216元/加仑4,556,952元合计4,556,952元43,803,192元

A.假设某地工业用电电费为0.80元一度；

B.假设压缩机所需的润滑油为110元一加仑；

C.此案例不考虑除电和润滑油外的其他公用工程消耗量；

D.维修费用应与业主进行商榷。

3.3.4 生命周期成本评估

分析操作维护费用后，结合压缩机制造厂的报价进行比较和评估。

位号描述设备数设备购买费用操作费用方案一K-001 E-001 K-002 E-002液环压缩机第一阶段后空冷器无油螺杆压缩机第二阶段后空冷器密封液补充费用维修费用合计量 1 1 1 168,547,590元包含在整个压缩机单元内包含在整个压缩机单元内包含在整个压缩机单元内N/A N/A 68,547,590元56,708,400元56,708,400元907,335元16,202,400元506,328元6,075,936元81,307,734元生命周期总费用125,255,990元56,708,400元907,335元16,202,400元506,328元6,075,936元149,855,324元方案二

K-001 E-001 E-002 E-003 P-001A P-001B喷油螺杆压缩机后空冷器润滑油空冷器润滑油加热器润滑油循环泵润滑油循环泵润滑油补充费用维修费用合计1 1 1 1 1 143,400,000元包含在整个压缩机单元内包含在整个压缩机单元内包含在整个压缩机单元内包含在整个压缩机单元内包含在整个压缩机单元内N/A N/A 43,400,000元36,455,400元3,078,456元2,430,360元486,072元453,667元453,667元445,570元4,556,952元43,803,192元79,855,400元3,078,456元2,430,360元486,072元453,667元453,667元445,570元4,556,952元87,203,192元

通过比较上述表各类数据，可以明显地知道“方案二”无论在一次购买的费用上，还是长期操作维护的费用上，均优胜于“方案一”。加上喷油螺杆压缩机固有的可靠性高、运转平稳、占地紧凑等优点，再配合制造厂抗酸性气体选材和高效的吸附脱油技术，可以推断出喷油螺杆压缩机是本工况最佳的选择。

4 结语

在石油化工工程设计过程中，把常规的压缩机选型原则和生命周期成本分析方法结合在一起，从设计理论、工程经济两个不同的角度上作充分的考虑，无疑可以筛选出可靠、安全、经济性好的合理方案。

[1]《工程经济学（第9版）》清华大学出版社.