壓氣站壓縮機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析

王玉龍 王剛

摘 要：天然氣在輸氣管道的流動(dòng)過(guò)程中由于水力摩阻的影響，其壓力會(huì)逐步下降， 從而導(dǎo)致輸氣管道通過(guò)能力的降低，因此，為了在輸氣管道中保持規(guī)定的天然氣流量，并確保天然氣在管道沿線(xiàn)的最優(yōu)壓力，就必須建造壓氣站。壓氣站是干線(xiàn)管道不可分割的組成部分，依靠壓氣站的動(dòng)力設(shè)備可以保證要求的輸氣量得以實(shí)現(xiàn)，壓氣站的工作參數(shù)決定了輸氣管道的工況。當(dāng)用氣量發(fā)生變化時(shí)，就可以調(diào)節(jié)輸氣管道的工況，從而最大限度地利用輸氣管道的儲(chǔ)氣能力。壓氣站用來(lái)輸送氣體的動(dòng)力機(jī)械設(shè)備有離心式壓縮機(jī)和活塞式壓縮機(jī)，其驅(qū)動(dòng)裝置的類(lèi)型主要可分為燃?xì)廨啓C(jī)、電動(dòng)機(jī)和燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)3種，其中燃?xì)廨啓C(jī)占85.5%，電動(dòng)機(jī)占13.5%，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)占1%。

關(guān)鍵詞：西氣東輸 ? ?天然氣

燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)多用于直徑較?。?00～350mm）的輸氣管道。鑒于有關(guān)介紹燃?xì)廨啓C(jī)和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心式壓縮機(jī)機(jī)組的文章較多，現(xiàn)僅以燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的活塞式壓縮機(jī)機(jī)組為例，分析說(shuō)明其輸氣量、功率與工況的關(guān)系。活塞式壓縮機(jī)具有適用壓力范圍廣、壓縮效率高（大型活塞式壓縮機(jī)的絕熱效率高達(dá)80%以上）、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

1壓縮機(jī)的主要參數(shù)及其影響因素

由（1-1）式可見(jiàn)，影響壓縮機(jī)排氣量的主要因素有：吸氣系數(shù)λs （包括容積系數(shù)λv 、壓力系數(shù)λp、溫度系數(shù)λt、泄漏系數(shù)λl），行程容積Vh和轉(zhuǎn)速N。

由（1-2）式可知，當(dāng)氣缸尺寸一定時(shí)，影響壓縮機(jī)示載功率的主要因素是轉(zhuǎn)速、壓縮比、相對(duì)壓力損失以及氣體的性質(zhì)等。

2各種條件下壓縮機(jī)排氣量和功率的變化

現(xiàn)將常見(jiàn)的情況從上述理論公式（1-1）、（1-2）及機(jī)組參數(shù)對(duì)影響活塞式壓縮機(jī)排氣量和軸功率的因素進(jìn)行分析如下：

2.1進(jìn)氣壓力的影響

對(duì)于已有的壓縮機(jī)，在排氣壓力保持不變的情況下，其排氣量是隨著進(jìn)氣壓力的升高而增加，進(jìn)氣壓力的降低而減少的;其軸功率是隨著進(jìn)氣壓力的升高而減少，進(jìn)氣壓力的降低而增加的，

2.2排氣壓力的影響

在進(jìn)氣壓力保持不變的情況下，排氣量隨著排氣壓力的升高而減少，同時(shí)軸功率增加;而當(dāng)排氣壓力降低時(shí)，排氣量上升而軸功率減少。

2.3進(jìn)氣溫度的影響

排氣量隨著進(jìn)氣溫度的降低而增加，隨著進(jìn)氣溫度的升高而減少。

2.4轉(zhuǎn)速的影響

在相同的工藝條件下，當(dāng)轉(zhuǎn)速提高時(shí)，排氣量和軸功率同時(shí)提高。提高轉(zhuǎn)速是加大排氣量的有效途徑。

2.5余隙容積的影響

減少余隙容積將使壓縮機(jī)的排氣量增加，反之，將使壓縮機(jī)的排氣量減少。

2.6泄漏的影響

泄漏將減少壓縮機(jī)的排氣量，有時(shí)甚至?xí)斐蓢?yán)重的影響。

綜上所述，為了提高壓縮機(jī)的有效利用率， 充分發(fā)揮壓氣站在輸氣管道中的作用，在壓縮機(jī)軸功率的許可條件下，應(yīng)當(dāng)盡量提高壓縮機(jī)的排氣量。而提高轉(zhuǎn)速， 降低吸氣溫度，減少氣缸余隙容積，減少管網(wǎng)、設(shè)備的氣體阻力損失，減少機(jī)器各部位的泄漏都是提高壓縮機(jī)排氣量的有效辦法。

綜上所述， 從設(shè)計(jì)階段就要考慮選用合理的管徑、壓力和工藝參數(shù)等; 在輸氣過(guò)程中， 還要對(duì)輸氣管道的工藝運(yùn)行模式和壓縮機(jī)運(yùn)行狀況進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到節(jié)能降耗、提高管道輸送效率及延長(zhǎng)管道使用壽命的效果。

3案例分析

下面以靖西線(xiàn)為例說(shuō)明提高天然氣管道經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的方法：

靖邊至西安的輸氣管道目前有兩條，第一條管道于1997年建成投產(chǎn)，全長(zhǎng)488 km，受資金和其他條件的制約，其設(shè)計(jì)管徑為426mm，設(shè)計(jì)壓力4.0～5.8MPa，輸氣能力為5×108m3/a，后期又增建了兩座壓氣站，最大輸氣能力為10×108m3/a。隨著用戶(hù)的迅速發(fā)展，經(jīng)過(guò)不到5年的運(yùn)行時(shí)間，其輸氣能力已不能滿(mǎn)足下游市場(chǎng)的需求。第二條管道于2003年開(kāi)始建設(shè)，設(shè)計(jì)管徑為610mm，設(shè)計(jì)壓力6.4MPa，設(shè)3座壓氣站，輸氣能力可達(dá)30×108m3/a。從以上可以看出，通過(guò)增大管徑、提高壓力、縮短壓氣站的站間距等方法有效地增強(qiáng)了管道的輸氣能力。

靖西天然氣管道在冬季供氣高峰來(lái)臨時(shí)，一般將其下游壓力維持在3.3MPa 左右（ 設(shè)計(jì)值為2.75MPa） ， 比設(shè)計(jì)值高出0.55MPa。若下游管網(wǎng)（ 靖西一、二線(xiàn)） 的壓力下降至設(shè)計(jì)值，按100km的管道計(jì)算，可以應(yīng)對(duì)30×104m3/d的氣量突增，從而保證下游市場(chǎng)的正常用氣。在冬季供氣高峰快結(jié)束時(shí)，靖西線(xiàn)的下游用氣量每日突減約20×104m3，這時(shí)再將下游壓力降至20MPa左右。這樣便完全可以滿(mǎn)足下游調(diào)峰的需要。

在靖西線(xiàn)末端壓力為2.75MPa時(shí)，將首站壓力從4.4MPa增至4.5MPa，可使日輸氣量增加17×104m3，其中靖西一線(xiàn)（Ф426） 每日約增加5×104m3，靖西二線(xiàn)（Ф610）每日增加12×104m3。當(dāng)首站壓力為4.5MPa，將末站壓力從2.75MPa降至2.65 MPa時(shí)，可使日輸氣量增加12×104m3，其中靖西一線(xiàn)每日增加3×104m3，靖西二線(xiàn)每日增加9×104m3。

當(dāng)管道的輸送效率低于95%時(shí)，應(yīng)對(duì)管道進(jìn)行清管，從而才能充分發(fā)揮管道的輸氣能力。長(zhǎng)輸管道的輸氣溫度和地溫基本相同（約16℃），而壓縮機(jī)出口的輸氣溫度一般應(yīng)降至40℃以下。

以靖邊壓氣站A機(jī)組為例：在進(jìn)氣壓力為4.3MPa，排氣壓力為5.35MPa，轉(zhuǎn)速?gòu)?80 轉(zhuǎn)/min提高到1030轉(zhuǎn)/min時(shí)（其它參數(shù)不變），排氣量從87×104m3/d提高到90×104m3/d;在排氣壓力為5.5MPa，轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/min，進(jìn)氣壓力從4.2MPa 提高到4.3MPa時(shí)（其它參數(shù)不變），排氣量從87×104m3/d提高到89×104m3/d;當(dāng)進(jìn)站壓力為4.3MPa，轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/min，排氣壓力從5.6MPa 降至5.5MPa時(shí)，排氣量從88×104m3/d 提高到89×104m3/d;當(dāng)進(jìn)氣壓力為4.3MPa，排氣壓力為5.5MPa，轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/min，余隙容積從10%提高到15%時(shí)，壓縮機(jī)的排氣量從89×104m3/d 降至84×104m3/d。

4結(jié)論

從設(shè)計(jì)階段就要考慮選用合理的管徑、壓力和工藝參數(shù)等;在輸氣過(guò)程中以達(dá)到降低運(yùn)營(yíng)成本，提高效益的作用。

過(guò)程中，還要對(duì)輸氣管道的工藝運(yùn)行模式和壓縮機(jī)運(yùn)行狀況進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到節(jié)能降耗、提高管道輸送效率及延長(zhǎng)管道使用壽命的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐康.基于故障分析的離心式與往復(fù)式壓縮機(jī)性能對(duì)比[J].石油和化工設(shè)備，2019（09）：86-90.