壓縮機(jī)在天然氣液化裝置中，主要用于增壓和氣體輸送。對于逐級式液化裝置，還有不同溫區(qū)的制冷壓縮機(jī)，是天然氣液化流程中的關(guān)鍵設(shè)備之一。天然氣液化采用的壓縮機(jī)，主要有往復(fù)式。離心式和軸流式壓縮機(jī)。往復(fù)式壓縮機(jī)通常用于天然氣處理量比較小(100m³/min以下)的液化裝置。軸流式壓縮機(jī)組從20世紀(jì)80年代開始用于天然氣液化裝置，主要用于混合冷劑制冷循環(huán)裝置。離心式壓縮機(jī)早已在液化裝置中廣為采用，主要用于大型液化裝置。大型離心式壓縮機(jī)的功率可高達(dá)41000kW。大型離心式壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式除了電力驅(qū)動(dòng)外，還有汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)兩種驅(qū)動(dòng)方式。各種壓縮機(jī)的適用范匿見圖3? -17所示。一般來說，往復(fù)式壓縮機(jī)適用于低排量、高壓比的情況，離心式壓縮機(jī)適用于大排量、低壓比的情況。

目前正在發(fā)展中的橇裝式小型天然氣液化裝置，則采用小體積的螺桿式壓縮機(jī)：并可用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

用于天然氣液化裝置的壓縮機(jī)，應(yīng)充分考慮到所壓縮的氣體是易燃、易爆的危險(xiǎn)介質(zhì)，要求壓縮機(jī)的軸封具有良好的氣密性，電氣設(shè)施和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)具有防爆裝置。對于深低溫的制冷壓縮機(jī)，還應(yīng)充分考慮低溫對壓縮機(jī)構(gòu)件材料的影響，因?yàn)楹芏嗖牧显诘蜏叵聲?huì)失去韌性，發(fā)生冷脆損壞。另外，如果壓縮機(jī)進(jìn)氣溫度很低，潤滑油也會(huì)凍結(jié)而無法正常工作，此時(shí)應(yīng)選擇無油潤滑的壓縮機(jī)。

往復(fù)式壓縮機(jī)的壓比通常是3:1或4:1。壓縮機(jī)每級增壓一般不超過7MPa。小型壓縮機(jī)最高出口壓力一般不超過40MPa，流量范圍為0.3～85m³/min。往復(fù)式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)形式分為立式和臥式兩種。臥式壓縮機(jī)的排量一般比立式壓縮機(jī)大。大排量的往復(fù)式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)成臥式結(jié)構(gòu)，可以使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，安裝方便。立式結(jié)構(gòu)的往復(fù)式壓縮機(jī)，活塞環(huán)的單邊磨損小。往復(fù)式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速比較低，一般為125～514r/min，綜合絕熱效率為0.75～0.85。由于往復(fù)式壓縮機(jī)具有效率高、壓力范圍寬、流量調(diào)節(jié)方便等特點(diǎn)在天然氣工業(yè)中應(yīng)用廣泛。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，體積大，吸排氣閥易磨損，零部件更換多，維修工作量大。

新型的往復(fù)式壓縮機(jī)可改變活塞行程。通過改變活塞行程，使壓縮機(jī)既可適應(yīng)滿負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行，也可適應(yīng)部分負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，減少動(dòng)力消耗，提高液化系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、磨損減少。不僅提高設(shè)備的可靠性，也相應(yīng)延長了壓縮機(jī)的使用壽命。這種往復(fù)壓縮機(jī)的使用壽命可達(dá)二十年以上。新型的往復(fù)壓縮機(jī)以效率、可靠性和可維性作為設(shè)計(jì)重點(diǎn)，效率超過95%。

離心式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速高、排量大、體積小，是大型天然氣液化裝置中的氣體增壓設(shè)備。流線型設(shè)計(jì)的葉輪具有很高的精度，能確保氣體流道的平滑，使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。提高了設(shè)備的可靠性。空氣動(dòng)力特性的彈性設(shè)計(jì)，使動(dòng)力學(xué)特性可以調(diào)節(jié)，使之適合用戶的工作要求。效率可以到80%～90%。

離心式壓縮機(jī)適用于吸氣量14～5660m³/min的情況，每級的最高壓力受出口溫度的限制(205～232℃)。為了提高壓比，離心式壓縮機(jī)做成多級葉輪，最多達(dá)6～8級，每級壓比在1.1～1.5之間，小型離心式壓縮機(jī)最高出口壓力可達(dá)68MPa，大型機(jī)一般只能達(dá)到17～20MPa。單級壓縮機(jī)用于壓比較小的場合，如LNG蒸發(fā)氣體的處理系統(tǒng)，也就是蒸發(fā)氣(BOG)壓縮機(jī)。

離心壓縮機(jī)的殼體有整體型和分開型。整體型離心式壓縮機(jī)的殼體實(shí)際上是圓柱形的殼體，轉(zhuǎn)子安裝時(shí)是豎起來安裝的。分開型的殼體是水平剖分；上下兩半組合起來的，轉(zhuǎn)子安裝時(shí)可水平安裝，轉(zhuǎn)子安裝好后，將上半部分殼體再連接上。

離心式壓縮機(jī)的特點(diǎn)是排量大，結(jié)構(gòu)緊湊，摩擦部件少，運(yùn)行平穩(wěn)，無流量脈沖現(xiàn)象，操作靈活，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，維修工作量大大低于往復(fù)式壓縮機(jī)。其缺點(diǎn)是效率較低，只能達(dá)到75%～78%，而且偏離工作點(diǎn)越遠(yuǎn)，效率降得越多。當(dāng)流量降到某一數(shù)值時(shí)會(huì)發(fā)生喘振現(xiàn)象。高效工作區(qū)范圍窄，相對往復(fù)式壓縮機(jī)來說調(diào)節(jié)較困難。

離心壓縮機(jī)的主軸密封裝置是非常重要的部件，能防止被壓縮的氣體向外漏泄，或使漏泄的量控制在允許的范圍內(nèi)。軸封主要有三種形式：機(jī)械接觸密封、氣體密封和浮動(dòng)炭環(huán)密封。機(jī)械接觸密封經(jīng)過不斷的改進(jìn)，能確保在運(yùn)轉(zhuǎn)和停機(jī)期間絕對不漏。當(dāng)壓縮機(jī)在空轉(zhuǎn)或油泵不工作時(shí)，密封結(jié)構(gòu)在停機(jī)狀態(tài)也應(yīng)不漏泄。對于用惰性氣體來作密封材料時(shí)，惰性氣體向內(nèi)漏泄的可能性也應(yīng)盡可能消除。密封的結(jié)構(gòu)形式是可以變化的，取決于處理過程的要求。

氣體密封結(jié)構(gòu)采用干燥氣體作密封材料，密封結(jié)構(gòu)能控制密封氣體只允許漏泄到環(huán)境中，而不能向機(jī)內(nèi)漏泄。密封用的氣體通常是一前一后地布置。氣體緩沖系統(tǒng)應(yīng)具有性能良好過濾器，防止外來的物體進(jìn)入密封裝置。在軸承盒和密封盒之間，有一個(gè)附加的隔離密封，防止?jié)櫥瓦M(jìn)入密封盒。

浮動(dòng)炭環(huán)密封主要用于排出壓力較低的壓縮機(jī)，允許有少量氣體漏泄。這種密封可以干式運(yùn)轉(zhuǎn)。

由于葉輪和擴(kuò)壓器的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，壓縮機(jī)可以在很寬的范圍內(nèi)工作。對不同的使用場合，需要對容量進(jìn)行控制，壓縮機(jī)的特性也會(huì)產(chǎn)生變化。容量控制主要有四種方法：吸入口節(jié)流、排出口節(jié)流、調(diào)整進(jìn)口導(dǎo)葉及改變轉(zhuǎn)速。選擇何種控制方法，需要根據(jù)裝置的運(yùn)行要求和準(zhǔn)備考慮的壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)以及其他的運(yùn)行點(diǎn)的效率仔細(xì)選擇。

壓縮機(jī)的排量可以通過調(diào)整進(jìn)口導(dǎo)葉來實(shí)現(xiàn)，使壓縮機(jī)的工作范圍得到擴(kuò)展，改進(jìn)壓縮機(jī)在部分負(fù)載下的特性，調(diào)節(jié)進(jìn)口導(dǎo)葉也可以和速度控制結(jié)合起來。

控制方法需要根據(jù)裝置的運(yùn)行要求，壓縮機(jī)在相關(guān)點(diǎn)及其他狀態(tài)點(diǎn)的效率仔細(xì)地選擇。調(diào)節(jié)進(jìn)口導(dǎo)葉擴(kuò)展了壓縮機(jī)的運(yùn)行范圍，對部分載荷時(shí)，能改善壓縮機(jī)的效率。

正確選擇符合使用要求的壓縮機(jī)，需要考慮多方面的因素，包括要求的進(jìn)口流量和排出壓力，根據(jù)壓力和流量的圖線，確定壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸，然后根據(jù)縱坐標(biāo)上的速度，求出名義工作速度。對于摩爾質(zhì)量低的氣體，使用立式安裝型(筒式外殼)的壓縮機(jī)是比較合適的，因?yàn)橥惭b式結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的密封性能，這種形式也可適用于工作壓力比較高的場合。

在天然氣液化裝置中，無論是液化工藝過程或是液一氣轉(zhuǎn)換過程，都要使用各種不同的換熱器。在工藝流程中，常用繞管式和板翅式換熱器。大多數(shù)基本負(fù)荷型的液化裝置都采用繞管式換熱器。板翅式換熱器則主要應(yīng)用于調(diào)峰型的LNG裝置，但基本負(fù)荷型的LNG裝置中也有使用這種換熱器的情況。

這兩種換熱器在低溫液化和空氣分離裝置中，早已得到成功的應(yīng)用。繞管式換熱器的特點(diǎn)是效率較高，維修方便，如果有個(gè)別管道發(fā)生漏泄，在管板處將其堵住，設(shè)備仍然可以使用，而且很適合于工作壓力很高的工作條件。板翅式換熱器的成本比較低，結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)用也非常普遍。

在LNG系統(tǒng)中，還有一類專門用于液態(tài)天然氣轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的換熱器，稱為氣化器。隨著使用的性質(zhì)、加熱方式和氣化量規(guī)模等因素的不同，氣化器也有各種不同的形式。按加熱方式分，主要可以分為空氣加熱、海水加熱、燃燒加熱等形式。關(guān)于氣化器將在第六章中介紹。

繞管式或螺旋管式換熱器，在空分設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用，在LNG工業(yè)發(fā)展的初期就已經(jīng)廣泛使用了這種換熱器。大多數(shù)的LNG液化裝置，是在空氣產(chǎn)品公司的混合制冷劑循環(huán)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。混合制冷劑循環(huán)液化流程就是采用繞管式換熱器。

在繞管式換熱器中，鋁管被繞成螺旋形，從一根芯軸或內(nèi)管開始繞，一層接一層，每一層的卷繞方向與前面一層相反。管路在殼體的頂部或底部連接到管板。高壓氣體在管內(nèi)流動(dòng)，制冷劑在殼體內(nèi)流動(dòng)。傳統(tǒng)的繞管式換熱器的換熱面積達(dá)9000～28000m²。繞管式換熱器的制造方式各有不同，纏繞時(shí)要拉緊，保證均勻。管的端部插入管板的孔中，然后進(jìn)行漲管。管板起到固定管子的作用，漲管起到密封的作用。在殼體內(nèi)部，還需要設(shè)置一些擋板，減小一些流通面積，以增加流體的流速和擾動(dòng)，提高傳熱效率。然后管束置于殼體內(nèi)，殼體與管板焊接成一個(gè)封閉的容器。此后要進(jìn)行壓力試驗(yàn)，如果其中的任何一根管道有漏泄，可在管路的兩端堵死管口，防止高壓側(cè)流體串通到低壓側(cè)。堵管的方法在現(xiàn)場也可以應(yīng)用。美國在建立某LNG裝置時(shí)，總共四個(gè)換熱器。共有77540根管路，有2根管路因漏泄采用堵的方法，使換熱器仍然正常運(yùn)行。

由于在天然氣液化流程中，換熱器中通常存在多股流體，每股流體可能還是氣液兩相混合的狀態(tài)，使換熱器的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算通常要采用計(jì)算機(jī)程序來進(jìn)行。確定了換熱器的大小(表面積、管數(shù)與管長、總長、螺旋角及管間距)就可以計(jì)算壓降。如果壓降滿足要求，可將管內(nèi)側(cè)和管外側(cè)的邊界條件作為獨(dú)立變量，通過反復(fù)計(jì)算來進(jìn)行優(yōu)化。作為制造商的慣例，在LNG裝置調(diào)試或運(yùn)行時(shí)，要對產(chǎn)品進(jìn)行綜合測試，以證實(shí)設(shè)計(jì)的正確性。確保液化處理過程能實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷的運(yùn)行要求。