淺析天然氣長(zhǎng)輸管道壓縮機(jī)站設(shè)計(jì)技術(shù)

摘 要：壓縮機(jī)站設(shè)計(jì)技術(shù)在天然氣長(zhǎng)輸管道設(shè)計(jì)中起到了舉足輕重的作用，因此，探尋出契合天然氣嘗試管道設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)站設(shè)計(jì)技術(shù)就顯得極有意義。本文以壓縮機(jī)站的基本設(shè)計(jì)技術(shù)、等壓比布站現(xiàn)實(shí)運(yùn)用分析、壓縮機(jī)組適用性分析技術(shù)為研究重點(diǎn)來探索我國(guó)天然氣長(zhǎng)輸管道壓縮機(jī)站設(shè)計(jì)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：天然氣長(zhǎng)輸管道；壓縮機(jī)站；設(shè)計(jì)技術(shù)

隨著我國(guó)西氣東輸工程的不斷推進(jìn)，我國(guó)天然氣長(zhǎng)輸管道發(fā)展已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。眾所周知，壓縮機(jī)站設(shè)計(jì)技術(shù)的優(yōu)劣直接關(guān)系到天然氣長(zhǎng)輸管道的質(zhì)量，是決定整個(gè)工程成功與否的關(guān)鍵所在，是整個(gè)配置方案中最為困難的部分。隨著國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)咨詢單位對(duì)天然氣管道特性的認(rèn)識(shí)不斷加深，并不斷總結(jié)創(chuàng)新，圍繞長(zhǎng)輸管道壓縮機(jī)站布站、機(jī)組配置、性能模擬等工作形成了一批新的設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)降低管道工程投資，改善管道運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，提高國(guó)內(nèi)天然氣長(zhǎng)輸管道工程設(shè)計(jì)水平具備極為重要的社會(huì)意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

1.壓縮機(jī)站的基本設(shè)計(jì)技術(shù)

壓縮機(jī)站的設(shè)計(jì)是天然氣長(zhǎng)輸管道的重中之重，壓縮機(jī)機(jī)組的驅(qū)動(dòng)能耗占據(jù)壓縮機(jī)站的絕大部分。壓縮機(jī)站技術(shù)耗費(fèi)也是極高的，一般情況下，一個(gè)壓縮機(jī)站基本要耗費(fèi)幾億元。因此，選擇合理的壓縮機(jī)站技術(shù)是實(shí)現(xiàn)降低投資、節(jié)能降耗、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵因素。通過西氣東輸一線管道、澀寧蘭輸氣管道增壓工程的設(shè)計(jì)實(shí)踐，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)輸管道設(shè)計(jì)單位積累了大量國(guó)內(nèi)外壓縮機(jī)組的性能資料，對(duì)常用壓縮機(jī)組的工作范圍、性能及機(jī)械特點(diǎn)有了較全面的認(rèn)識(shí)，在等壓比布站技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了等負(fù)荷率布站技術(shù)。

等壓比布站是指在壓縮機(jī)站布站的過程中，各站按基本相同的壓比設(shè)置壓縮機(jī)站。西氣東輸一線即采用了國(guó)內(nèi)外常用的等壓比布站方案，各站壓縮機(jī)壓比保持基本一致，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過程。而等負(fù)荷率布站是指結(jié)合站場(chǎng)的實(shí)際高程和環(huán)境溫度，按相同的壓縮機(jī)組負(fù)荷率設(shè)置壓縮機(jī)站。對(duì)于壓縮機(jī)站數(shù)量非常多的輸氣管道，相對(duì)于等壓比布站，采用等負(fù)荷率方案布站，能夠更好與站場(chǎng)所在區(qū)域的環(huán)境因素相結(jié)合，不僅可以節(jié)約投資，而且能夠最大限度地發(fā)揮機(jī)組的能力，將壓縮機(jī)組的功率“吃干榨凈”，避免形成輸量瓶頸。

2.等壓比布站現(xiàn)實(shí)運(yùn)用分析

西氣東輸二線管道霍爾果斯-中衛(wèi)段和中衛(wèi)-廣州段分別采用1 219 mm/12 MPa、1 219 mm/10 MPa的工藝方案，年設(shè)計(jì)輸量300×108 m3。該管道橫貫我國(guó)東西，沿線地區(qū)地理環(huán)境差異明顯。由于驅(qū)動(dòng)機(jī)組的可輸出功率與海拔、環(huán)境溫度密切相關(guān)，同一機(jī)組在不同海拔和環(huán)境溫度下的可用功率差異較大，對(duì)于同樣是30 MW 等級(jí)的燃?xì)廨啓C(jī)，在東段低海拔地區(qū)可輸出功率達(dá)27 MW，而在甘肅永昌地區(qū)可輸出功率不足21 MW，兩者相差高達(dá)22%。

采用等壓比的方案布站，干線共需要設(shè)置26 座壓縮機(jī)站。受制于高海拔地區(qū)燃?xì)廨啓C(jī)的功率折減效應(yīng)，在夏季最高輸量的條件下，只有永昌站的壓縮機(jī)組能夠達(dá)到最大的輸出功率，其余各站的壓縮機(jī)組均有不同程度的功率富裕，因此，永昌站壓縮機(jī)組成為制約提升管道輸量的瓶頸，其余各站的功率富裕則成為資源浪費(fèi)。

采用等負(fù)荷率方案布站，最大程度地使各站壓縮機(jī)組負(fù)荷率都達(dá)到平均值，并使夏季最高輸量下各站機(jī)組負(fù)荷率基本都達(dá)到100%，從而既避免出現(xiàn)輸量瓶頸，又避免各站壓縮機(jī)組功率的浪費(fèi)。在全部采用燃驅(qū)的工況下，按等負(fù)荷率布站，西氣東輸二線西段精河——古浪間各站壓縮機(jī)組負(fù)荷率雖然相同，但壓比存在一定差異，海拔低、溫度低的壓縮機(jī)站壓比相對(duì)高一些，反之亦然。由于離心式壓縮機(jī)的機(jī)芯工作范圍較寬，壓比在一定范圍內(nèi)變化基本不會(huì)影響機(jī)組效率，也無需調(diào)整葉輪尺寸。采用等負(fù)荷率布站技術(shù)，西氣東輸二線干線管道設(shè)置25 座壓縮機(jī)站，與采用等壓比布站方案相比，減少1 座壓氣及3 臺(tái)30 MW 等級(jí)壓縮機(jī)組，直接工程投資可節(jié)約5×108 元以上，而且各站機(jī)組均能在高效區(qū)工作，管道自用氣消耗量約減少2 000×104 m3/a，管道運(yùn)行費(fèi)用下降約3 500×104 元/a。

3.壓縮機(jī)組適用性分析技術(shù)

壓縮機(jī)組供貨商在投標(biāo)文件中提供的性能曲線一般只包含有限個(gè)水力工況點(diǎn)的參數(shù)。對(duì)于多壓縮機(jī)站長(zhǎng)輸管道，由于下游用氣市場(chǎng)的數(shù)據(jù)不斷更新，用戶在壓縮機(jī)組招標(biāo)期間提供給壓縮機(jī)供貨商的水力參數(shù)很可能與實(shí)際輸量有很大差別，某些工作點(diǎn)甚至有可能進(jìn)入喘振線、最大和最小轉(zhuǎn)速曲線。如果不對(duì)壓縮機(jī)組進(jìn)行適用性分析，管道設(shè)計(jì)者就無法確認(rèn)不同壓縮機(jī)組供貨商提供的壓縮機(jī)組能否完全覆蓋管道全部的工況點(diǎn)，無法判定實(shí)際工作點(diǎn)在壓縮機(jī)性能曲線中的位置，無法確定實(shí)際的壓縮機(jī)組效率、功率和燃?xì)夂牧康戎匾獏?shù)，無法確定何時(shí)需要更換壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，更無從優(yōu)化壓縮機(jī)站的運(yùn)行參數(shù)以獲得最小的能量消耗和最優(yōu)的運(yùn)行方案。

在西氣東輸一線管道工程的設(shè)計(jì)中，對(duì)RR、GE、DR 等公司的壓縮機(jī)組曲線進(jìn)行了仿真擬合，并對(duì)上述廠商壓縮機(jī)組的適用性進(jìn)行了模擬；在西氣東輸一線管道增輸工程的設(shè)計(jì)中，廣泛利用了壓縮機(jī)組適用性分析對(duì)管道失效工況進(jìn)行了模擬；在西氣東輸二線管道工程的設(shè)計(jì)中，也廣泛采用該項(xiàng)技術(shù)，完成了很多以往無法開展的水力工況分析工作。

4.結(jié)語

綜上所述，壓縮機(jī)站等負(fù)荷率布站設(shè)計(jì)技術(shù)、壓縮機(jī)組備用方案定量評(píng)價(jià)方法、壓縮機(jī)組適用性分析技術(shù)是近年在天然氣長(zhǎng)輸管道壓縮機(jī)站工藝設(shè)計(jì)實(shí)踐過程中發(fā)展起來的新技術(shù)。已經(jīng)建成的西氣東輸二線干線管道和正在設(shè)計(jì)中的西氣東輸三線管道均采用等負(fù)率布站技術(shù)完成了壓縮機(jī)站布置，并且取得了不錯(cuò)的成績(jī)。因此，筆者通過相關(guān)技術(shù)以其能夠起到優(yōu)化壓縮機(jī)組的運(yùn)行工況，進(jìn)一步提高國(guó)內(nèi)天然氣長(zhǎng)輸管道工程的設(shè)計(jì)水平的目的。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

宋明國(guó)，1983年6月，男，漢族，山東省濟(jì)南市，助理級(jí)工程師，本科，單位：中國(guó)石油西氣東輸管道公司。