克75天然氣壓縮機(jī)自動(dòng)補(bǔ)氣工藝技術(shù)分析

孫業(yè)

【摘要】氣田開采后期氣量減少，井口壓力逐漸降低，天然氣壓縮機(jī)不能穩(wěn)定在設(shè)定的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)造成故障停機(jī)，配件加速損耗。因此必須通過安裝壓縮機(jī)自動(dòng)補(bǔ)氣裝置穩(wěn)定壓縮機(jī)進(jìn)口壓力在設(shè)定范圍內(nèi)；使壓縮機(jī)在非額定運(yùn)行工況下能夠正常平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)；降低壓縮機(jī)的故障率、提高壓縮機(jī)在氣田開采中的適應(yīng)性。

【關(guān)鍵詞】天然氣；DPC2803；天然氣壓縮機(jī)；補(bǔ)氣

引言

壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，往往因壓縮機(jī)排氣參數(shù)的改變，使機(jī)器實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)工況，從而改變壓縮機(jī)的負(fù)載特性。運(yùn)行時(shí)天然氣壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力隨著氣井儲(chǔ)量遞減而井壓逐漸下降，活塞完成一個(gè)循環(huán)所吸入的氣體體積折算到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的流量就隨著減少。此外，克75天然氣處理工藝必須要求增壓、換熱、節(jié)流后天然氣溫度在-10℃～-15℃之間，所以環(huán)境溫度不變時(shí)進(jìn)氣壓力降低而排氣壓力恒定，壓比會(huì)升高，使容積系數(shù)下降，排氣量降低。

1、DPC2803壓縮機(jī)技術(shù)的難點(diǎn)

天然氣壓縮機(jī)，進(jìn)氣壓力不斷降低，排氣溫度逐漸上升，排氣量不斷下降，無論是安全性和輸氣需要，都要求進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：壓縮機(jī)功率變化與轉(zhuǎn)速成正比，因此可以對(duì)天然氣壓縮機(jī)進(jìn)行排氣量和功率調(diào)節(jié)。而整體式天然氣壓縮機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)是二沖程的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，具有一定的調(diào)速范圍，可以實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。但是過低的轉(zhuǎn)速（<350rpm）容易造成在進(jìn)氣壓力變化時(shí)非正常停機(jī)以及加劇缸內(nèi)積碳。

余隙調(diào)節(jié)：天然氣壓縮機(jī)在一級(jí)缸頭往往配置有余隙缸，通過改變余隙活塞的位置來改變余隙容積。設(shè)計(jì)工況的余隙是最小余隙。進(jìn)站壓力隨著時(shí)間遞減時(shí)，余隙應(yīng)調(diào)至大值，以平衡進(jìn)口壓力減少所引起的功率下降，使壓縮機(jī)不至于在低功率的負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)達(dá)到保持較大排氣量的目的。

單作用運(yùn)行：壓縮機(jī)氣缸只在載荷一端來壓縮氣體，但是在兩用一備的運(yùn)行并車下，不能靈活組合適應(yīng)原料氣的氣量，且改變了氣流脈沖頻率，容易使壓縮機(jī)機(jī)體振動(dòng)加劇，造成十字頭、活塞桿等連接部位曠動(dòng)，出現(xiàn)故障，因此單作用運(yùn)行并不能達(dá)到穩(wěn)定的運(yùn)行效果。

以現(xiàn)有工藝條件無法解決DPC2803壓縮機(jī)在非額定工況下正常運(yùn)轉(zhuǎn)的問題，同時(shí)五八區(qū)氣田進(jìn)入開采后期，無法對(duì)單井調(diào)產(chǎn)，也就無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定氣源保證平穩(wěn)的額定工況，必須從其它節(jié)點(diǎn)尋找解決問題的突破口。

2、壓縮機(jī)的技術(shù)創(chuàng)新

一般自力式調(diào)壓閥單純靠彈簧彈性系數(shù)設(shè)定調(diào)節(jié)范圍，反應(yīng)較慢，靈敏度較低，氣田開采到后期，氣井?dāng)y液能力較差，所以氣量會(huì)有波動(dòng)，造成壓縮機(jī)進(jìn)口壓力波動(dòng)而故障停機(jī)。

而C1P控制器帶比例、積分控制，相當(dāng)一個(gè)氣動(dòng)的變送器。通過波紋管提高反饋壓力控制擋板運(yùn)動(dòng)速度、靈敏度，排放閥門動(dòng)作的氣源壓力，從而控制閥門的開關(guān)量。這種結(jié)構(gòu)使控制器的輸出開關(guān)從完整的輸出壓力信號(hào)。此功能降低了感應(yīng)彈簧彈性系數(shù)，提高了閥門的反應(yīng)速度與控制靈敏度，能夠更有效的降低壓縮機(jī)的故障停機(jī)率，保證氣田穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)。

3、壓縮機(jī)的技術(shù)的先進(jìn)性分析

3.1自力式調(diào)節(jié)閥

自力式調(diào)節(jié)閥是一種無須外加驅(qū)動(dòng)能源，依靠被測(cè)介質(zhì)自身的能量，按設(shè)定值進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的控制裝置。它集檢測(cè)、控制、執(zhí)行諸多功能于一身，自成一個(gè)獨(dú)立的儀表控制系統(tǒng)。具有以下特點(diǎn)：無需外加驅(qū)動(dòng)能源；節(jié)能，運(yùn)行費(fèi)用低；適用于爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境，安全性高；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)工作量??；可以實(shí)現(xiàn)無人值守；集變送器、控制器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能于一體，價(jià)格低廉，節(jié)約工程投資。

以油田常用的三相分離器為例，使用自力式調(diào)節(jié)閥工程投資僅為使用電動(dòng)單元組合儀表的三分之一。配置的C1控制器通過儀表風(fēng)壓力與閥門進(jìn)口壓力成反比控制閥門開關(guān)量。比例波紋管連接閥門進(jìn)口的壓力，壓在連接梁感受到壓力的變化。通過梁調(diào)節(jié)排氣閥撥片的開度，從而改變驅(qū)動(dòng)閥門動(dòng)作的氣源壓力，與閥門內(nèi)彈簧彈力成比例控制閥門開度。

3.2氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥通過控制模塊，采集閥前反饋壓力信號(hào)，按照設(shè)定值依靠輸出24V電壓電流控制閥門定位器從而驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的控制裝置。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥主要由DCS控制系統(tǒng)，閥門定位器、氣動(dòng)閥、壓力變送器組成的控制回路。具有以下特點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程觀察運(yùn)行狀態(tài)；調(diào)量小，精確度高；適用于爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境，較安全；可實(shí)現(xiàn)無人值守。

3.3自力式調(diào)節(jié)閥的優(yōu)點(diǎn)

自力式調(diào)節(jié)閥與氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥相比具有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：（1）氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥需要24V供電，而自力式調(diào)節(jié)閥不需要。天然氣壓縮機(jī)基本置于室內(nèi)，在有限的空間中自力式調(diào)節(jié)閥安全性更高。（2）自力式調(diào)節(jié)閥純機(jī)械結(jié)構(gòu)控制，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥屬于精密儀器，易干擾。相比較自力式調(diào)節(jié)發(fā)操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)方便.（3）自力式調(diào)節(jié)閥比氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥工作原理簡(jiǎn)單。成本低。

4、壓縮機(jī)自動(dòng)補(bǔ)氣工藝技術(shù)成果應(yīng)用

通過補(bǔ)氣閥將對(duì)應(yīng)的壓縮機(jī)出口高壓氣補(bǔ)充至壓縮機(jī)進(jìn)口，保證了壓縮機(jī)在額定負(fù)荷下正常平穩(wěn)的運(yùn)行。在原料氣氣量不變的基礎(chǔ)上，2011年4月26日3號(hào)天然氣壓縮機(jī)投用補(bǔ)氣系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^補(bǔ)氣閥調(diào)節(jié)，壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力實(shí)現(xiàn)設(shè)定范圍0.5-0.9Mpa，對(duì)該壓縮機(jī)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)跟蹤考核。根據(jù)設(shè)備實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)記錄趨勢(shì)可以看出，3號(hào)壓縮機(jī)在額定不同轉(zhuǎn)速下，均可以達(dá)到額定設(shè)計(jì)載荷，3個(gè)動(dòng)力缸溫度相差小，且進(jìn)口壓力保持不變。說明補(bǔ)氣系統(tǒng)可以根據(jù)壓縮機(jī)不同負(fù)載能力補(bǔ)充對(duì)應(yīng)的處理氣量，從而壓使壓縮機(jī)在穩(wěn)定的工況內(nèi)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。不會(huì)因?yàn)橥蜻M(jìn)氣參數(shù)（壓力、溫度）逐漸遞減，即壓縮機(jī)排氣參數(shù)的改變，使機(jī)器實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)工況，從而改變了壓縮機(jī)的負(fù)載特性。消除了壓縮機(jī)的變工況運(yùn)行狀態(tài)。該結(jié)果表明克75天然氣處理站工藝優(yōu)化取得了實(shí)際效果。

5、效益評(píng)價(jià)

5.1經(jīng)濟(jì)效益

2011年4月26日，3號(hào)壓縮機(jī)安裝補(bǔ)氣系統(tǒng)后可以再設(shè)定的工況下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，消除了平均每月因壓縮機(jī)動(dòng)力缸積碳非正常狀態(tài)故障停機(jī)，減少了放空量損失。

消除壓縮機(jī)長(zhǎng)期在低負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)，減少造成曲軸受力不均造成偏磨，增長(zhǎng)了DPC2803天然氣壓縮機(jī)的大修周期。DPC2803天然氣壓縮機(jī)大修一次費(fèi)用230000元，三臺(tái)壓縮機(jī)為690000元。降低了動(dòng)力端由于潤(rùn)滑油不能充分燃燒，造成氣門和活塞環(huán)積碳。因此補(bǔ)氣系統(tǒng)延長(zhǎng)了部分配件的使用周期。改造后壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，降低了故障率，延長(zhǎng)了配件使用周期，減少了大修一次，節(jié)約費(fèi)用約989418元。

5.2社會(huì)效益

通過重新選型改造DP2803天然壓縮機(jī)的補(bǔ)氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)該壓縮機(jī)補(bǔ)氣功能。首先消除壓縮機(jī)在非設(shè)定工況下低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。在不穩(wěn)定工況下，該壓縮機(jī)均能以額定負(fù)荷平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)提高了天然氣壓縮機(jī)在氣田晚期開采應(yīng)用的適應(yīng)性，降低了壓縮機(jī)的故障率，并且減少人員的工作強(qiáng)度。

在我廠也是首先使用自力式調(diào)節(jié)閥作為天然氣壓縮機(jī)的補(bǔ)氣裝置。該裝置在天然氣增壓處理中安全系數(shù)更高，工藝簡(jiǎn)單維護(hù)簡(jiǎn)便，且成本低。訂制庫伯壓縮機(jī)配件周期長(zhǎng)，只能采取預(yù)見性訂購配件，成本高，使用率低。使用該補(bǔ)氣系統(tǒng)簡(jiǎn)化了工藝，降低了故障率因此實(shí)用性與推廣性更強(qiáng)。