天然氣增壓壓縮機特點和選型要求

摘 要 本文介紹了在天然氣增壓領域應用較多的幾種壓縮機的各自特點、發(fā)展現(xiàn)狀，以及天然氣增壓壓縮機選型過程中的幾點要求。

關鍵詞 天然氣；壓縮機；選型

中圖分類號 TE964 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)061-0106-02

21世紀以來，隨著居民生活水平提高，對清潔能源需求增加，我國天然氣市場進入大規(guī)模發(fā)展階段，天然氣消費量以每年兩位數(shù)的速度增長。據(jù)報道2011年我國生產(chǎn)天然氣為1 011.15億立方米，全國天然氣消費量為1 313億立方米。據(jù)中國石油總裁周吉平的預測，2020年我國天然氣消費量將達到3 000億立方米。

壓縮機作為一種油氣設備，廣泛用于天然氣集輸、天然氣儲存、輕烴回收等方面。隨著我國天然氣的大發(fā)展，壓縮機的需求也越來越旺盛，但壓縮機種類、型號、廠家繁多，怎樣才能選擇到合適的壓縮機呢？這就是本文所要回答的問題。

1 天然氣壓縮機特點

壓縮機的種類很多，有容積型、速度型、熱力型，但適用于輕烴回收裝置和天然氣輸氣管道增壓等方面的主要有往復活塞式壓縮機和離心式壓縮機，螺桿式壓縮機不多使用。如果能充分掌握各類壓縮機的優(yōu)缺點，那么將給壓縮機選型工作帶來極大的幫助，下面分別介紹這三種壓縮機的特點。

1.1 往復活塞式壓縮機

活塞式壓縮機的主要工作原理是：依靠活塞在氣缸內(nèi)的往復運動來壓縮氣體，其工作過程有吸氣、壓縮、排氣、膨脹四個過程組成。活塞式壓縮機的基本結構大致包括主機部分、氣缸部分和輔助部分。往復式壓縮機具有壓力范圍廣、熱效率高、適應性強、排出壓力穩(wěn)定、流量調(diào)節(jié)范圍較大、壓比較高（單級壓比最高可達4～5）等優(yōu)點?；钊綁嚎s機的主要缺點是：外形尺寸和重量較大、需要較大的基礎、氣流有脈動性以及易損零件較多?；钊綁嚎s機的發(fā)展趨勢主要是高壓、高速、大容量、提高效率和延長使用期限。

在選擇活塞式壓縮機給天然氣增壓時應遵循技術先進、運行可靠、易于維護、負荷調(diào)節(jié)靈活以及能耗低的原則。國外生產(chǎn)管輸用往復活塞式壓縮機代表公司有庫珀、艾瑞兒、德來賽蘭等，國內(nèi)生產(chǎn)管輸用往復活塞式壓縮機代表公司有成都壓縮機廠、江漢三機廠、四川金星等。

1.2 離心式壓縮機

離心式壓縮機的工作原理是：具有葉片的工作輪在壓縮機的軸上旋轉，進入工作輪的氣體被葉片帶著旋轉，增加了動能（速度）和靜壓頭（壓力），然后出工作輪進入擴壓器內(nèi)，在擴壓器中氣體的速度轉變?yōu)閴毫?，進一步提高壓力，經(jīng)過壓縮的氣體再經(jīng)彎道和回流器進入下一級葉輪進一步壓縮至所需的壓力。離心式壓縮機的優(yōu)點有：處理量大，徹底解決了流量不連續(xù)的問題；結構簡單，體積?。慌艢夥€(wěn)定，氣體不受潤滑油污染；無周期性脈動，振動??；使用期限長、可靠、易損件少；可以直接與驅(qū)動機聯(lián)運便于調(diào)節(jié)流量和節(jié)能，易實現(xiàn)自控等。其缺點為：能量的利用率較低，經(jīng)常采用透平驅(qū)動；對氣體的適應性差，通常是一機專用，單機單用；機器操作要求高，噪音大，工作環(huán)境較差。國外生產(chǎn)管輸用離心式壓縮機較著名的公司有：庫珀貝斯麥公司、索拉公司、新比隆公司、德萊賽蘭公司、三菱公司，國內(nèi)生產(chǎn)管輸用離心壓縮機較著名的公司有陜鼓和沈鼓。

1.3 螺桿壓縮機

螺桿壓縮機的優(yōu)點有：螺桿轉子壓縮氣體的運動為旋轉運動，轉子轉速可得到提高，因此當輸氣量相同時，螺桿式壓縮機體積顯得小，占地面積小，重量輕；結構簡單，零件數(shù)僅為往復式壓縮機的十分之一，易損件少，無吸排氣閥；能在大的壓力差的工況下工作，無膨脹過程，單級壓力比大，排氣溫度低；能適應廣闊的工況范圍，有良好的輸氣量調(diào)節(jié)特性，輸氣量能無級調(diào)節(jié)；對制冷劑中含有大量的潤滑油不敏感，不怕液擊。螺桿壓縮機的缺點有：潤滑油的油氣分離系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)比較復雜、潤滑油消耗量較多；出口和入口的噪聲較大；轉子加工精度及要求很高；機組一般設計較緊湊，維修不方便。國外的著名螺桿壓縮機廠家有阿特拉斯、英格索蘭、康普艾等，國內(nèi)著名螺桿壓縮機廠家有開山、富達等。

2 國內(nèi)外天然氣壓縮機發(fā)展現(xiàn)狀

國外壓縮機技術的發(fā)展主要表現(xiàn)在功率和效率的不斷提高。目前往復式壓縮機的最大功率為10 000 kW，效率達68％～90％；離心式壓縮機的最大功率為25 000 kW，效率達80％～84％，螺桿壓縮機740 kW，效率達70％～82％。國內(nèi)壓縮機技術的發(fā)展主要表現(xiàn)在功率范圍大，效率提高，密封性加強，其中成都壓縮機廠正在研制的CFB6000系列壓縮機為國內(nèi)功率最大的往復活塞式壓縮機。

開啟式螺桿壓縮機存在噪聲大，制冷劑較易泄露，油路復雜等缺點，中小型螺桿機正向封閉式發(fā)展

3 天然氣增壓壓縮機選型要求

3.1 壓縮機的合理匹配

增壓站的輸氣能力，應符合實際需要。加氣能力的過分富?；驀乐夭蛔?，在經(jīng)濟上都是不合算的。應合理地確定所配置壓縮機的臺數(shù)及每臺壓縮機的供氣量。站內(nèi)壓縮機應為同一型號，以利于運行管理、維修和配件的供應。切忌混裝不同型號，尤其是不同制造廠的壓縮機。

活塞式壓縮機可采用多臺安裝，一般為3～4臺，以便萬一某臺機組檢修時，不致嚴重影響裝置的生產(chǎn)。離心式壓縮機一般不考慮備用。螺桿式壓縮機一般也不設備用，考慮到對機組可靠性的要求，有時也可考慮設備用機組。

選用一臺大的離心式壓縮機比用兩臺小的更經(jīng)濟，兩臺50%能力的小的離心式壓縮機比一臺100%能力的大離心式壓縮機貴30~50%，而且兩臺壓縮機并車操作也比較困難，因此在長輸管道以外的裝置設計上應采用一臺大的而不采用兩臺小的。

3.2 壓縮機能適應一定范圍的吸氣壓力區(qū)間

同一型號壓縮機能適應一定范圍內(nèi)不同的管網(wǎng)壓力，能自如地應對可能出現(xiàn)（或經(jīng)常出現(xiàn)）的本地管網(wǎng)壓力變化。

3.3 冷卻方式

壓縮機多級壓縮時，為了達到節(jié)省壓縮功率的目的，應使各級進氣溫度回冷到最低值，壓縮機在較低的溫度下工作，能提高壓縮機組的排氣量和可靠性，因此，氣體必須進行中間冷卻。中間冷卻器可以分為水冷和風冷兩種方式。中間冷卻器多采用風冷的方式，而且多采用軸流風機進行排風。中間冷卻器水冷可以采用氣體走管內(nèi)水走管外和氣體走管外水走管內(nèi)兩重方式，而氣體走管內(nèi)水走管外的直排水方式因浪費水資源，增大廢水處理負荷而一般不采用。

3.4 潤滑方式

選擇有油潤滑還是無油潤滑壓縮機，無油潤滑壓縮機對氣體的油污染是最小的，合理的選擇應該是采用無油潤滑壓縮機，但由于國內(nèi)潤滑材料的制約，要實現(xiàn)可靠性較高的無油潤滑尚不成熟。從目前來講，建議企業(yè)以可靠性為主選擇有油和少油潤滑壓縮機。

在壓縮機中潤滑不僅可降低機器的摩擦和磨損，同時還可起到密封、冷卻和降低運轉噪聲的作用，良好的潤滑條件是壓縮機長期可靠工作的重要保證。壓縮機的潤滑部位原則上可分為兩類，一種是潤滑油與壓縮氣體直接接觸的內(nèi)部零件。另一種是潤滑油不與壓縮氣體接觸的外部傳動機構。若內(nèi)部零件和外部零件的潤滑均為相互分開的獨立系統(tǒng)，可分別采用各自所要求的潤滑介質(zhì)或潤滑油。內(nèi)部零件潤滑一般為油泵壓力供油強制循環(huán)式潤滑系統(tǒng)。外部零件的潤滑則可采用強制潤滑、飛濺潤滑和油浴潤滑三種方式。

3.5 氣體性質(zhì)的適應性要求

天然氣是一種混合物，主要含量為輕烴，但由于地下儲藏條件的復雜性，導致天然氣的氣體組成和性質(zhì)會發(fā)生一定的變化，這就要求所選的壓縮機對氣體組分的變化能夠適應。

3.6 壓縮過程中的液化問題

天然氣在壓縮過程中可能會出現(xiàn)部分液化的現(xiàn)象，因此應特別注意凝液的及時分離和排除。對于往復活塞式壓縮機，為了避免撞缸事故，壓縮機的氣缸余隙容積都應略大一些，凝液多的情況下出口閥應放在氣缸下部，防止凝液積聚。對于噴油螺桿式壓縮機，應根據(jù)氣體組成規(guī)定最低的排氣溫度，以免有氣體液化而稀釋潤滑油，一旦潤滑油被稀釋，必須重新恢復潤滑油性質(zhì)。選用離心式壓縮機時，軸密封油中可能漏入氣體而被稀釋，為此系統(tǒng)中應有脫氣分離器。

3.7 安全要求

天然氣壓縮機壓縮介質(zhì)是烴類氣體的混合物，因此，安全問題比較突出。天然氣所處壓力，溫度越高，則爆炸范圍越大，特別是壓力影響很顯著。隨著壓力的增高，爆炸下限差不多保持不變，而上限卻大大增加。在滿足上述工藝要求的前提下，所選壓縮機應滿足防爆等安全要求。壓縮機選型時還應注意能否允許介質(zhì)有少量的泄漏，能否允許補潤滑油污染等。

4 結束語

壓縮機作為一種較為復雜的動設備，在現(xiàn)代工業(yè)中應用得也越來越多，尤其是隨著我國天然氣的發(fā)展，在天然氣增壓領域也用得越來越多。本文介紹了天然氣增壓領域應用較多的三種壓縮機的特點、發(fā)展趨勢以及天然氣壓縮機選型的幾點基本要求，希望能給廣大讀者帶來幫助。

參考文獻

[1]活塞式壓縮機設計編寫小組，活塞式壓縮機設計[J].機械工業(yè)出版社，1974.

作者簡介

黃槐（1983—），男，助理工程師，2007年畢業(yè)于四川大學機械設計制造及自動化專業(yè)，主要從事油氣田壓縮機裝配方面的工作。

肖莉（1987—），女，助理工程師，2010年畢業(yè)于西華大學材料成型及控制工程專業(yè)，主要從事油氣田壓縮機焊接方面的工作。

徐淑杰（1985—），男，助理工程師，2010年畢業(yè)于中國石油大學（華東）自動化專業(yè)，主要從事數(shù)控機床管理方面的工作。