空气压缩机行业的发展趋势及预测(可行性分析报告)

可研报告2018-09-07 11:50:39来源：

第一节产品技术特点及开发方向

气体压缩机是把机械能转换为气体压力能的一种动力装置，常用于风动工具提供气体动力，在石油化工、钻采、冶金等行业也常用于压送氧、氢、氨、天然气、焦炉煤气、惰性气体等介质。

按排气压力不同压缩机可分为低压压缩机—排气压力小于1.0MPa；中压压缩机—排气压力1.0-10MPa；高压压缩机—排气压力10-100MPa；超高压压缩机—排气压力大于100MPa等等。低压压缩机为单级式，中压、高压和超高压压缩机为多级式，最多机数可达8级，目前国外已制成压力达343MPa聚乙烯用的超高压压缩机。按压缩介质的不同，一般压缩机还可称之为：空气压缩机、氧气压缩机、氮气压缩机、氢气压缩机等等。

压缩机的结构工作原理大致可分类如下：

碳氢化合物气体中，石油裂解气和石油废气的主要成分为氢、甲烷、丁烷、乙烯、丙烯等；焦炉煤气和城市煤气的主要成分为氢、甲烷、一氧化碳、二氧化碳及氮等；天然气的主要成分为甲烷。碳氢化合物气体可以作为单一成分气体被制取和压送，也可作为混合成分的气体被制取和压送。

在压缩机中润滑不仅可降低机器的摩擦和磨损，同时还可起到密封、冷却和降低运转噪声的作用，良好的润滑条件是压缩机长期可靠工作的重要保证。但对某些类型的压缩机如罗茨式压缩机，因转子相互间和转子与壳体间可经常保持一定间隙而无滑动接触，故可无油润滑；小型干式的螺杆式和滑片式压缩机也可在无润滑的条件下工作；在极低温度下（-20—-50度或更低）工作或压缩高纯度的气体的活塞式压缩机，为防止润滑介质冷凝或润滑液混入到压送气体中去也可采用无油润滑方式，但这时活塞和活塞杆或采用迷宫式的密封结构，或采用石墨或聚四氟乙烯等抗磨材料制造的活塞环或密封填料。本节将重点说明“油”润滑压缩机的润滑方式。

气体压缩机的润滑部位原则上可分为两类，其一为油与压缩气体直接接触的内部零件，如往复式压缩机的气缸、活塞、活塞环、活塞杆、排气阀、密封填料等；回转式压缩机的气腔、转子（旋转体）、排气阀等。其二为油不与压缩气体接触的外部传动机构，如往复式压缩机曲轴箱中零件、曲柄销、曲柄轴承、连杆滑块、滑道、十字头；回转式和速度式压缩机的轴承、增速齿轮等。无油型气体压缩机则要考虑当气体泄漏时对外部润滑系统的影响。

通常对大、中容量、多级、带十字头传动的中、高压压缩机，以上所说的内部零件和外部零件的润滑均为相互分开的独立系统，可分别采用各自所要求的润滑介质或润滑油。外部零件润滑为油泵压力供油强制循环式润滑系统。该系统不仅可单独调节和分配各润滑点的供油量，并因设有独立的油泵、油箱、冷却器和过滤器等，可使润滑油液得到充分冷却和过滤，从而可长时间保持油液的清洁和相对恒定的油温。内部零件的润滑则采用多头注油器将压力油强制注入到气缸及活塞杆的填料密封处。

注油器实际上是一个小型柱塞泵，通常它的吸（压）油柱塞是通过机械如压缩机曲轴上的凸轮带动，因此当压缩机停止工作时，注油器也将随之停止供油。注油器可直接从油池中吸油，并把油压向润滑点，它的供油量是间歇性的，通过调节柱塞的工作行程，可方便地调节注油器每次的供油量。注油器可以单独使用，也可将几个注油器组合在一起集中供油。

采用注油器强制给油时，应注意气缸上的给油接头的位置，它应置于活塞在死点位置靠近缸头的第一道活塞环和第二道活塞环之间，这样不仅在全行程上润滑比较充分，而且对密封有利。

气缸内部润滑所需要的油量可大致按以下公式计算：

Q=120kDLN

式中Q——润滑油量（g/h）；

D——气缸直径(m);

L——气缸行程(m);

N——曲轴转速，(r/min);

k——单位润滑表面积的耗油量(克/平方米)，对卧式气缸，可取k=0.025，对立式气缸，可取k=0.02。

计算出的Q值仅为润滑油量的大致数值，实际油量可按压缩机的运行情况（如噪声大小，发热状况、磨损程度等）及采用润滑介质的类型、工作温度、冷凝液混入的多少等予以适当调正，并以停机检查气缸内部和气阀被湿润的程度适当为宜。

对多级活塞式压缩机，通常只需最初的一级或二级气缸施以润滑。如多级气缸每级都设有中间冷却器和油气分离器吸收气体中所含的油分时，则每级气缸都需单独润滑，但后级气缸所需的润滑油量要比初级气缸小得多。

1）润滑剂类型的选择

在氧气压缩机里，氧气会使矿物性润滑油剧烈氧化而引起压缩机燃烧和爆炸，因此避免采用油润滑，或者采用无油润滑的方式，或者采用水型乳化液或蒸馏水添加质量分数6-8%的工业甘油进行润滑；在氯气压缩机里，烃基润滑油可与氯气化合生成氯化氢，对金属（铸铁和钢）具有强烈的腐蚀作用，因此一般均采用无油润滑或固体（石墨）润滑。对于压缩高纯气体的乙烯压缩机等为防止润滑油混入气体中去影响产品的质量和性能，通常也不采用矿物油润滑，而多用医用白油或液态石蜡润滑等等。只是在一般空气、惰性气体、烃类（碳氢化合物）气体、氮、氢等类气体压缩机中，大量广泛采用了矿物油润滑。

压缩机压送不同气体时润滑剂选用参考“油脂选用”的压缩机油选用部分。

2）润滑油粘度的选择

在多级的空气压缩机中，前一级气缸输出的压缩气体通常经冷却后恢复到略高于进气时的温度被送入下一级气缸，因气体已被压缩故相对湿度较高，当超过饱和点时，气体中的水分将可能凝结，该水分具有洗净作用，可使气缸表面失去润滑油；其次在烃类气体压缩机中，它不仅可溶解在润滑油中降低了油的粘度，而且凝结的液态烃也同水分一样对钢壁具有洗涤作用，因此对于多级、高压，排气温度较高的烃类气体压缩机和空气湿度较大的空气压缩机易选用粘度较高的油品，粘度较高的油品对金属的附着性好，并对密封有利。如中低压烃类气体和空气压缩机宜用L-DAA100的压缩机油，高压多级宜L-DAA150压缩机油。喷油回转式压缩机选用的粘度情况也与此类似，压力较低时选用100℃运动粘度为5mm2/s的N32回转式压缩机油，压力较高时选用100℃运动粘度为11-14mm2/s的N100回转式压缩机油。

其次为防止凝结的液态烃和空气中的水分对润滑油的洗净作用，可采用质量分数为3-5%的动物性油（如猪油或牛油）与矿物油相混合的润滑油，动物性油与金属的附着力强，容易抵抗“水洗”，阻止润滑油的流失。

3）油品的代用

在采用油润滑的往复式回转容积式压缩机中除用相应牌号的压缩机油外，还可采用防锈抗氧的汽轮机油、航空润滑油、汽缸油等作为代用油品，但这些代用油品的性能不应低于相应的压缩机油的质量指标，或应满足具体条件下的使用要求。当气体压缩机采用油润滑时，外部零件和内部零件的润滑可用同一牌号的润滑油，也可采用不同牌号的润滑油，但不论内部零件采用何种类型的润滑介质，而外部传动零件的润滑都应采用矿物性的润滑油。

气体压缩机中最常见的故障是活塞与活塞环、转子部件、滑动支承处的异常磨损和胶合，十字头滑块的咬合，及异常发热等。这些故障都直接或间接地与润滑系统和润滑装置的使用维护不当有关。作为使用维护人员除了应学习掌握有关的润滑系统及其装置的组成原理、性能结构、使用要求等一般知识外，还应在实践中不断总结积累经验，加强日常使用维护工作，以保证压缩机及其润滑系统经常保持良好的运行状态。在日常点检和定期维修中应注意以下各点：

（1）注意保持润滑油液的清洁：脏油或变质的润滑油会引起加速零件磨损的恶性循环，对强制循环式的润滑系统应注意及时更换和清洗发生堵塞的滤油器中的滤芯；应避免油箱或油池中的油液暴露在空气中，以防止灰尘和污物等混入油中，对无压的油箱和油池一般可采用空气滤清器使其与大气沟通；中、大修时应从油中取样化验其成分，如达到或超过换油指标，应全部或部分更换和补充新油。通常每3个月至半年（或工作2000-4000小时）可更换一次新油。

（2）应定期检查：应定期检查气缸、气阀、及排气管道等处是否积聚有固体的炭粒和胶泥，一经发现应及时清除，否则可能引起气缸的燃烧爆炸、加大排气阻力，造成异常发热。

（3）应注意压缩机的工作状态：应注意观察压缩机的工作状态，定期检查气缸气阀的润滑磨损状况，适时调整润滑油量，防止出现润滑油量过大和润滑油量不足的情况。对强制循环系统，润滑压力指示过低或明显下降，往往使润滑油量不足，此时应及时停机维修，必要时应更换备品和备件。

（4）应注意保持润滑系统中的油温：油箱或油池中的油液的正常温度以40-50℃为宜，油温过高，油液的粘度降低，油易氧化变质，油温过低，粘度增高，流动性差，两者都会引起润滑不足的状况。油温除可从温度表（计）得到直接地观测指标外，从气缸冷循环水或油冷却器的冷却水温也可得到间接的反应，冷却水温过高和过低都将影响润滑油的工作温度及润滑油的粘度。

常用的气体压缩机有离心式气体压缩机和往复式气体压缩机。多年来，我国压缩机制造业在引进国外技术，消化吸收和自主开发基础上，攻克不少难关，取得重大突破。例如，催化裂化装置用的主风机和富气压缩机、加氢装置用的循环氢压缩机、新氢压缩机，乙烯三大压缩机，化肥四大压缩机组等已大量在石化生产中应用。其中，水平剖分式离心压缩机和轴流式压缩机制造技术已接近或达到国际同类产品先进水平，往复式活塞压缩机达到国际同类产品水平。

目前，离心式压缩机的国际发展方向是压缩机容量不断增大、新型气体密封、磁力轴承和无润滑联轴器相继出现；高压和小流量压缩机产品不断涌现；三元流动理论研究进一步深入，不仅应用到叶轮设计，还发展到叶片扩压器静止元件设计中，机组效率得到提高；采用噪音防护技术，改善操作环境等。国内为石化企业提供压缩机的制造厂家有十余家，主要有沈阳鼓风股份有限公司、陕西鼓风机（集团）有限公司、上海鼓风机厂等，其中沈阳鼓风机股份有限公司生产的离心压缩机在国内石化压缩机市场占有率达到50%以上。

目前我国的富气压缩机进口流量达到81600Nm3/h，功率达7166KW，已用于300万吨/年催化裂化和延迟焦化装置；离心式循环氢压缩机流量达250000Nm3/h，功率达1600KW，出口压力达18Mppa，已经用于120万吨/年加氢裂化装置；裂解气压缩机流量达120000Nm3/h,功率达18000KW，已应用于3050万吨/年乙烯裂解装置；大化肥装置的空气压缩机、天然气压缩机、氨压缩机、二氧化碳压缩机已应用于2030万吨合成氨装置；空分装置的空气压缩机流量达到220000Nm3/h，功率达到17580KW，已经应用于40000Nm3/h空分装置。

陕西鼓风机（集团）有限公司在引进瑞士苏尔寿公司技术基础上，成功设计制造出170多台套性能优良的轴流压缩机，其中，60多台套用于催化裂化装置的主、备风机。为大连石化公司350万吨/年催化裂化装置制造的主风机是目前国内石化装置中最大的轴流压缩机，流量厉害到300000Nm3/h，功率达到40000KW。

但是，我国离心压缩机在高技术、高参数、高质量和特殊产品上还不能满足国内需要，50%左右产品需要进口。另外，在技术水平、质量、成套性上和国外还有差距。随着石化生产规模不断扩大，我国离心压缩机在大型化方面将面临新的课题。

国外往复式活塞压缩机发展方向为大容量、高压力、结构紧凑、能耗少、噪声低、效率高、可塑性好、排气净化能力强；普遍采用撬装无基础，全罩低噪音设计，大大节约了安装、基础和调试费用；不断开发变工况条件下运行的新型气阀，使气阀寿命大大提高；在产品设计上，应用压缩机热力学、动力学计算软件和压缩机工作过程模拟软件等，提高计算准确度，通过综合模拟模型预测压缩机在实际工况下的性能参数，以提高新产品开发的成功率，压缩机机电一体化得到强化。采用计算机自动控制，自动显示各项运行参数，实现优化节能运行状态，优化联机运行，运行参数异常显示，报警与保护；产品设计重视工业设计和环境保护，压缩机外型美观更加符合环保要求等。

经过20年发展我国已经形成L、D、DZZ、H、M型等数十个压缩机系列的数百种产品。目前，国内中小型压缩机已经基本满足国内石化行业需求，但大型往复式压缩机还不能满足需要。沈阳气体压缩机股份有限公司从德国引进了了全套往复式压缩机设计制造技术，在大中型往复式压缩机技术开发方面已取得突破性进展。1990年，我国研制成功符合现行国际标准的4M50型大型氢气往复式压缩机组，1996年推出6M50型系列氮氢气压缩机组，1998年研制成功4M80型系列大型氢气压缩机组。往复式新氢压缩机容积流量达到34000Nm3/h，活塞压力达到80KN，出口压力达到19Mpa，功率达到4000KW，已用于200万吨/年渣油加氢脱硫装置。国内自行设计制造的迷宫式压缩机流量达到980Nm3/h，出口压力达到3.8Mpq，已经用物7万吨/年聚丙烯装置。

与国外往复式压缩机技术水平相比，我国的主要差距为基础理论研究差，产品技术开发能力低，工艺装备和实验手段后，产品技术起点低，规格品种、效率、制造质量可靠性差。另外，技术含量高和特殊要求的产品还满足不了国内需求。

第二节重点发展领域

1、特大型往复压缩机组的技术特点与难点

特大型往复压缩机组与小型机组并联方案相比有显著的优势。特大型机组占用空间小。机组效率高。故障隐患少。维护工作量低，因而通常作为特大型化工装置的优选方案。但特大型机组的设计和制造有一定的技术难度，加工能力和质量控制能力也直接影响着产品的性能水平。摘研制特大型往复压缩机组时，必须充分考虑以下几方面的问题：

（1）特大型机组应该遵照国际标准和行业技术规范进行设计，机组的方案设计是结构设计的基础，起着至关重要的作用。在方案设计中，必须把机组的可靠性放在首位，其次是考虑机组长期运行的经济性，安装和维护的简便性，最后还要顾及机组制造工艺的好坏，成本的高低，外形尺寸和重量的大小等等。按此原则，特大型往复压缩机组通常才采用卧式机身，在确定的工艺流程和精确的热动力计算许可的情况下，尽量采用少的级数和列数；在列数为偶数时，应选择对称平衡型结构；尽量避免使用平衡段气缸和贯穿活塞杆结构。压缩机的转速和行程要达到良好的匹配，既要控制好活塞的平均速度，又不能把活塞做得太大，否则，机组将笨重不堪。

（2）结构设计是特大型往复压缩机组研制的重要环节，它绝对不可看作是中小机组的放大样。在设计中小型压缩机组时，由于没有空间和结构限制，零部件大多有较大的安全裕度，但各零部件的裕度量并不一致，有些相差很大。盲目的放大样势必造成机组的庞大和不必要的浪费。另外，零部件大型化以后，很多在中小零件时适用的联接方式，紧固和锁紧方式都不再适用，如果还继续沿袭的话，将给整个机组带来可怕的事故隐患，这在压缩机行业从经典的机械设计理论出发，量化分析每一个重要零部件的工作过程，承载情况，预期的失效结果等等，必要时可采用有限元方法进行分析，用实验方式进行验证，这样才能取得合理的结构设计成果并保证研制出的特大型机组万无一失。

（3）保证材料的性能是制造特大型往复压缩机组不可忽视的工艺过程。压缩机主要材料是铸铁和锻钢，大型铸铁零件存在内部应力处理问题消除不彻底，将影响机组的长期运行。大型铸件应采用低应力铸铁铸件，在铸造后及粗加工后要安排热时效处理工序或震动时效处理工序，这样才能保证零部件的持久精度。大型锻钢件的质量受钢铁企业技术水平影响很大，由于我国钢铁行业质量控制水平的参差不齐，压缩机制造厂必须对国产大型锻件毛坯进行严格控制，除跟踪其生产检验过程外，还要在机械加工过程中重复进行检验和试验，以期获得更为真实的零件性能数据。

（4）特大型机组必定具有压力高，流量大的特点，因此，气体管路脉动问题在设计阶段就要予以考虑。要按标准和规范要求设置缓冲器，在安装空间受到限制，缓冲容积无法满足时应通过计算采取其他措施压抑气流脉动的发生。厂房设计要与压缩机总体设计，管路设计协调进行，当使用现有厂房时，压缩机的管路设计必须考虑楼板，横梁。立柱的位置，必要时须现场测量，单机设计，以免发生干涉。气体管路转变处最好设计在容器上，应尽量减少弯段。工程设计单位要和压缩机制造厂协调做好管路支撑和管路约束的设计工作，这是防止管路机械震动最直接，最有效的方法。

（5）在研制4列以上特大型往复压缩机组时，由于曲拐数的增多和曲轴的增长，可能会发生曲轴的扭振，危及曲轴和轴承的寿命。因此，在压缩机设计阶段就应设法提高曲轴轴系的自振频率，并选用干扰力最小的方案。

2、开发特大型往复压缩机的必要条件

拥有先进可靠的设计技术是开发特大型往复压缩机的基础条件，但仅此是远远不够的，还必须有良好的技术装备，先进的工艺手段，有效的管理控制和必要的资金支持。

纵观以往重大装置国产化历程，成果的取得不仅需要要职单位积极不懈的努力，更需要开明用户的精诚协作和主管领导部门的大力支持。它们构成了民族工业发展原动力。

3、国内外产品的比较与发展趋势

国际上，特大型往复压缩机制造厂主要集中在欧美地区。由于有雄厚的工业基础做保证。欧美产品的总体设计水平，成套水平均优于国内，其制造工艺水平比国内更高一筹。但其发展势头已很不明显。我国从国外进口的压缩机组普遍存在价格高，问题反映慢，服务不到位等现象，时而还出现质量问题。国内产品结构设计水平已与国外相当，产品质量也正在与国际水平接近，国产机的价格通常是进口机的一半；而且，国产机对于国内市场还有明显的地域优势，及时的配件供应，方便的信息沟通，良好的售后服务弥补了与国外产品的差距，正逐步被国内各主要用户所认同。

我国大型往复压缩机制造技术提升很快，国内产品在稳定质量的基础上正向特大型化，集成化，智能化方面发展。随着我国工业整体水平的不断提高，综合实力的增强，可以预期在未来的5到10年间，我国大型往复压缩机技术水平将走向世界前列。

第三节全行业 “十一五”整体规划及预测

1、现状

经过化工装备行业标准化工作者几十年来的共同努力，目前我国基本形成了化工装备行业标准化体系。至2004年底，我国化工装备行业已有标准389项，采标率48．6％，其中国家标准26项、行业标准363项，并设有七个标准化技术委员会，为全行业发展发挥了重要作用。

但目前化工装备标准化工作仍然存在不少问题，已跟不上甚至开始制约行业发展。比如，由于缺乏长远的标准制修订规划，致使标准制修订相对滞后，标准水平偏低、标龄长、时效性差，已难以适应新产品、新技术发展的需要，同时由于标准结构、内容不合理，既不能及时反映市场需求的变化，也难以体现科技发展和技术进步；标准内容偏重于生产过程的制造技术和材料要求等，而忽视了交货验收条件、安全性能、使用性能和产品可靠性等要求，与市场需求脱节；现有标准体系不完善，对全行业覆盖面偏低，配套性差；采标率仍低，与国外先进标准尚不接轨，目前七个标准化技术委员会在国际标准化组织（ISO）中仍无对口的技术委员会与之对应；标准实施状况差，一方面标准化机构对制修订标准的贯彻实施缺乏足够重视，另一方面生产企业往往回避或忽视标准的执行。其主要原因，既有标准化管理体系和运行机制不适应市场经济转型的要求，也有标准化工作经费投入不足的问题。

2、任务

目前，国际化工装备正朝着高效能、大型化、安全可靠、节能环保和高度自动化方向发展。'十一五'期间，我国化工装备行业发展的重点任务是：积极推进重大技术装备国产化，坚持发展化工单元操作设备和橡胶机械等化工专用设备，大力发展名牌优势产品和高技术含量、高附加值、节能环保产品，鼓励出口产品的生产，创造条件组建整体实力雄厚的化工装备企业集团。未来几年，我国要实现化工装备产业结构调整，提升国际竞争力，用先进适用技术改造与振兴我国化工装备行业的目标，大量科技创新成果需要通过标准转化加以推广应用，大量国外先进标准需要尽快转化，大量现行标准需要修订，标准体系与配套需要扩充与加强。另外，我国加入WTO后，化工装备行业面临更为严峻的国际竞争，进口成套装置和大型关键设备仍然较多，要使国产化设备在规格、性能、效率、控制水平、安全可靠和成套等方面赶上发达国家的产品，也必须制定具有国际先进水平的标准。为此，'十一五'化工装备行业标准制修订工作要重点围绕如下几方面展开：新产品、新技术标准；涉及环保安全要求的标准；基础配套标准；配合国家重大工程项目，与主攻课题相配套的标准；市场贸易急需的产品标准；标龄超过15年的现行落后标准。

3、目标与措施

以市场为导向，以企业为主体，推进标准化工作的进一步发展，适应行业技术发展和企业竞争的需要，是'十一五'期间化工装备行业标准化工作的指导思想。'十一五'全行业标准化工作的目标是：探索和推进标准体系调整，充实基础标准、通用标准、安全环保标准，加快标准修订步伐，将先进技术纳入标准中，并继续贯彻执行积极采用国际标准和国外先进标准的方针，做好国际先进标准的收集、翻译和咨询工作，力争在2010年使全行业采标率达到55％，标龄控制在15年以内。

为此，应采取的主要措施有：加强对标准化工作的组织协调，充分发挥有关标委会和具有技术实力的大型企业的作用；对'十一五'重点项目内容组织深入细致的调研分析工作，落实有关标准起草单位和人员，选择具有产品竞争力和技术实力的企业参加标准的制修订工作；采用科研开发与标准制修订结合的形式，及时将新技术、新工艺纳入标准的制修订工作中；做好标准制修订项目的前期准备工作，包括对国外相关标准的翻译、国内外产品的分析、可行性试验验证等工作；争取多渠道落实标准补助经费。

第四节细分产品市场预测

1、石油天然气工业“上游”领域

（1）天然气集输用高转速天然气发动机一活塞式压缩机组；

（2）天然气回注用55MPa高压力，天然气发动机一活塞式压缩机组及管线扫气，试压用巨型空气压缩机组；

（3）分散油气田，边缘油气田天然气集输用低转速整体式燃气摩托压缩机组；

（4）天然气增压用高压，大流量电动活塞式压缩机组。

2、石油天然气工业：“下游”领域

（1）特大型/超大型（活塞力1000-125okN)电动活塞式氢气压缩机组（1套大型煤液化装置既需500-1250kN活塞力活塞式压缩机20台）

（2）石油化工流程/装置用多种介质，多种规格品种活塞式压缩机，螺杆压缩机；

（3）天然气汽车加气站用CNG压缩机组-电动活塞式压缩机组及天然气发动机直联驱动活塞式压缩机组（常规站用，加气母站用，加气子站用）；

（4）液化天然气接收厂站用BOG（蒸发天然气）大型超低温迷宫式压缩机；

（5）高压大型金属隔膜压缩机组。