壓縮機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，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，主要有往復(fù)式。離心式和軸流式壓縮機。往復(fù)式壓縮機通常用于天然氣處理量比較小(100m³/min以下)的液化裝置。軸流式壓縮機組從20世紀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。大型離心式壓縮機的功率可高達41000kW。大型離心式壓縮機的驅(qū)動方式除了電力驅(qū)動外，還有汽輪機和燃氣輪機兩種驅(qū)動方式。各種壓縮機的適用范匿見圖3? -17所示。一般來說，往復(fù)式壓縮機適用于低排量、高壓比的情況，離心式壓縮機適用于大排量、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：并可用燃氣發(fā)動機驅(qū)動。

用于天然氣液化裝置的壓縮機，應(yīng)充分考慮到所壓縮的氣體是易燃、易爆的危險介質(zhì)，要求壓縮機的軸封具有良好的氣密性，電氣設(shè)施和驅(qū)動電動機具有防爆裝置。對于深低溫的制冷壓縮機，還應(yīng)充分考慮低溫對壓縮機構(gòu)件材料的影響，因為很多材料在低溫下會失去韌性，發(fā)生冷脆損壞。另外，如果壓縮機進氣溫度很低，潤滑油也會凍結(jié)而無法正常工作，此時應(yīng)選擇無油潤滑的壓縮機。

往復(fù)式壓縮機的壓比通常是3:1或4:1。壓縮機每級增壓一般不超過7MPa。小型壓縮機最高出口壓力一般不超過40MPa，流量范圍為0.3～85m³/min。往復(fù)式壓縮機的結(jié)構(gòu)形式分為立式和臥式兩種。臥式壓縮機的排量一般比立式壓縮機大。大排量的往復(fù)式壓縮機設(shè)計成臥式結(jié)構(gòu)，可以使運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，安裝方便。立式結(jié)構(gòu)的往復(fù)式壓縮機，活塞環(huán)的單邊磨損小。往復(fù)式壓縮機的轉(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)式壓縮機具有效率高、壓力范圍寬、流量調(diào)節(jié)方便等特點在天然氣工業(yè)中應(yīng)用廣泛。其缺點是結(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)式壓縮機可改變活塞行程。通過改變活塞行程，使壓縮機既可適應(yīng)滿負荷狀態(tài)運行，也可適應(yīng)部分負荷狀態(tài)下運行，減少動力消耗，提高液化系統(tǒng)的經(jīng)濟性，使運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、磨損減少。不僅提高設(shè)備的可靠性，也相應(yīng)延長了壓縮機的使用壽命。這種往復(fù)壓縮機的使用壽命可達二十年以上。新型的往復(fù)壓縮機以效率、可靠性和可維性作為設(shè)計重點，效率超過95%。

離心式壓縮機轉(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)備運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。提高了設(shè)備的可靠性。空氣動力特性的彈性設(shè)計，使動力學(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，離心式壓縮機做成多級葉輪，最多達6～8級，每級壓比在1.1～1.5之間，小型離心式壓縮機最高出口壓力可達68MPa，大型機一般只能達到17～20MPa。單級壓縮機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。

離心壓縮機的殼體有整體型和分開型。整體型離心式壓縮機的殼體實際上是圓柱形的殼體，轉(zhuǎn)子安裝時是豎起來安裝的。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。

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

離心壓縮機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：機械接觸密封、氣體密封和浮動炭環(huán)密封。機械接觸密封經(jīng)過不斷的改進，能確保在運轉(zhuǎn)和停機期間絕對不漏。當(dāng)壓縮機在空轉(zhuǎn)或油泵不工作時，密封結(jié)構(gòu)在停機狀態(tài)也應(yīng)不漏泄。對于用惰性氣體來作密封材料時，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，防止外來的物體進入密封裝置。在軸承盒和密封盒之間，有一個附加的隔離密封，防止?jié)櫥瓦M入密封盒。

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

由于葉輪和擴壓器的標準化設(shè)計，壓縮機可以在很寬的范圍內(nèi)工作。對不同的使用場合，需要對容量進行控制，壓縮機的特性也會產(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)裝置的運行要求和準備考慮的壓縮機運行點以及其他的運行點的效率仔細選擇。

壓縮機的排量可以通過調(diào)整進口導(dǎo)葉來實現(xiàn)，使壓縮機的工作范圍得到擴展，改進壓縮機在部分負載下的特性，調(diào)節(jié)進口導(dǎo)葉也可以和速度控制結(jié)合起來。

控制方法需要根據(jù)裝置的運行要求，壓縮機在相關(guān)點及其他狀態(tài)點的效率仔細地選擇。調(diào)節(jié)進口導(dǎo)葉擴展了壓縮機的運行范圍，對部分載荷時，能改善壓縮機的效率。

正確選擇符合使用要求的壓縮機，需要考慮多方面的因素，包括要求的進口流量和排出壓力，根據(jù)壓力和流量的圖線，確定壓縮機的結(jié)構(gòu)尺寸，然后根據(jù)縱坐標上的速度，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)的壓縮機是比較合適的，因為筒裝式結(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是效率較高，維修方便，如果有個別管道發(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?；旌现评鋭┭h(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，制冷劑在殼體內(nèi)流動。傳統(tǒng)的繞管式換熱器的換熱面積達9000～28000m²。繞管式換熱器的制造方式各有不同，纏繞時要拉緊，保證均勻。管的端部插入管板的孔中，然后進行漲管。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，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封閉的容器。此后要進行壓力試驗，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，總共四個換熱器。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)計計算通常要采用計算機程序來進行。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)的邊界條件作為獨立變量，通過反復(fù)計算來進行優(yōu)化。作為制造商的慣例，在LNG裝置調(diào)試或運行時，要對產(chǎn)品進行綜合測試，以證實設(shè)計的正確性。確保液化處理過程能實現(xiàn)全負荷的運行要求。