液壓往復(fù)式壓縮機在氣田增壓外輸中的應(yīng)用

劉仲禹，白俊生

（北京石油化工工程有限公司西安分公司， 陜西 西安 710075）

隨著靖邊氣田氣井生產(chǎn)壓力的不斷下降，產(chǎn)量逐步減少，屆時氣井將由于井口壓力太低，無法進入集輸系統(tǒng)外輸。若不采取措施，氣井將面臨關(guān)、停的風(fēng)險，不但減少了氣田收益，同時還是對資源的極大浪費。故需要對氣井進行增壓穩(wěn)產(chǎn)。天然氣壓縮機作為增壓開采的關(guān)鍵設(shè)備，其選型至關(guān)重要。

延969井區(qū)靖2集氣站需增設(shè)壓縮機進行增壓穩(wěn)產(chǎn)，要求頭兩年穩(wěn)產(chǎn)期，壓縮機增壓排氣量為8.3×104Nm3/d，將2.4MPa的井口來氣加壓至5.7MPa；隨著后期氣井壓力和氣量的衰減，壓縮機排氣量由穩(wěn)產(chǎn)期產(chǎn)量8.3×104Nm3/d，逐漸減小到0.5601×104Nm3/d（極限經(jīng)濟開采氣量），來氣壓力由2.4MPa衰減到0.66MPa（極限開采壓力）。為滿足下游用氣要求，壓縮機排氣壓力應(yīng)維持在5.7MPa。

由集氣站來氣參數(shù)可以預(yù)見，選用機械式往復(fù)活塞壓縮機在增壓初期，壓縮機選型規(guī)模與產(chǎn)能都比較匹配，但隨著氣田的開發(fā)，氣井的產(chǎn)能不斷降低，壓縮機處于低負(fù)荷運行狀態(tài)，從而導(dǎo)致運行時容易出現(xiàn)進排氣閥故障、排氣溫度高、活塞易積碳等一系列問題，影響壓縮機的利用率，增加設(shè)備維修成本。為克服這些不足，選擇液壓往復(fù)式壓縮機在所難免。

1 液壓往復(fù)壓縮機選型方案

機組型號為WT-B2-37×4-2.4-6.0F型風(fēng)冷立式往復(fù)活塞式液壓壓縮機。為整體撬裝機型，主要由主機氣缸、冷卻器、液壓工作站、控制系統(tǒng)元件、管路閥件、冷卻系統(tǒng)、底座系統(tǒng)等組成。

壓縮機壓縮系統(tǒng)由兩套兩缸構(gòu)成，兩套壓縮系統(tǒng)可分別控制，根據(jù)入口壓力不同控制壓縮缸排氣量，從而實現(xiàn)0.5-2.5MPa進氣壓力范圍通用。

壓縮機為全無油潤滑結(jié)構(gòu)，全風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，填料無泄漏，運行過程中不存在油、氣、冷卻液的損耗。機組整體撬裝，風(fēng)扇由單獨防爆電機驅(qū)動。機組的控制采用PLC可編程控制器，配置相應(yīng)的人機界面、一次儀表、變送器，具有對機組的控制、監(jiān)測報警、停機等功能，實現(xiàn)機組的自動運行和保護。

表1 壓縮機主要技術(shù)參數(shù)

1.1 液壓往復(fù)式壓縮機工作原理

液壓往復(fù)式壓縮機依據(jù)液體的不可壓縮性和氣體的可壓縮特性，靠液體靜壓力來傳遞動力，其靜壓力的大小取決于外負(fù)載，其速度的大小取決于泵流量，利用電機驅(qū)動液壓泵將液壓油以高壓的狀態(tài)作為驅(qū)動力，推動活塞在缸體內(nèi)往復(fù)運動，對氣體做功，使其達(dá)到理想的壓力范圍。適用于低壓低效井的增壓混輸。當(dāng)井口產(chǎn)出氣液壓力過低不能正常通過管道外輸?shù)那闆r下，利用液壓往復(fù)式壓縮機進行增壓后實現(xiàn)管道外輸。

1.2 壓縮流程

電機運轉(zhuǎn)帶動油泵運行，使液壓油增壓，進入液壓油缸一側(cè)推動活塞做功，壓縮氣體，液壓缸另一側(cè)氣體進入氣缸，同時液壓油經(jīng)過換向閥進入液壓油冷卻器降溫，最終經(jīng)過回油過濾器回到油箱，完成一個液壓油回路循環(huán)，液壓油經(jīng)過換向控制系統(tǒng)控制流向，推動活塞壓縮氣體，完成一級壓縮過程。當(dāng)兩個這樣的氣缸串聯(lián)時，就構(gòu)成了兩級壓縮。

圖1 液壓往復(fù)式壓縮機壓縮流程圖

2 特點分析

(1)進氣壓力范圍廣，輸入氣體的壓力可以是一個很大的范圍：0.2～20MPa，無需穩(wěn)壓、調(diào)壓，減少設(shè)備投入；

(2)結(jié)構(gòu)簡單，體積小。氣缸和油缸雙缸一體結(jié)構(gòu)，液壓油每運行一個行程，都會將氣缸壁冷卻一次，因此可不需要水套缸冷卻；

(3)節(jié)能效果好。參見圖3：各壓力點的排量與功率曲線?？梢钥闯?，進氣壓力越高，所需油壓越低，電機所需功率越?。贿M氣壓力越低，電機所需功率越大；若不考慮摩擦等其他因素，只考慮壓縮功，在中高壓進氣的工況下，由于不需要降低進氣壓力而直接壓縮，故相比機械往復(fù)式壓縮機，液壓活塞壓縮機所需電機功率更小，更節(jié)能。

圖2 撬裝液壓往復(fù)式壓縮機

圖3 各壓力點的排量與功率曲線

(4)油泵選用等功率變量泵，為整個液壓系統(tǒng)提供液壓動力，實現(xiàn)負(fù)載（壓力和流量）變化時，其功率保持恒定。使系統(tǒng)更加優(yōu)化，節(jié)能；

(5)幾乎無氣體泄漏。設(shè)計上回避了填料等結(jié)構(gòu)設(shè)計，壓縮機幾乎沒有泄漏點；

(6)氣缸立式安裝，完全避免了支承環(huán)和液壓活塞環(huán)由于自重而引起的偏磨現(xiàn)象，密封件壽命較長，減少更換密封件帶來的設(shè)備維修頻率，節(jié)省維修費用。

(7)一撬雙機，配置靈活。由兩套完全獨立的壓縮系統(tǒng)組成，每套系統(tǒng)可獨立運行，兩套系統(tǒng)一用一備，可以單獨維護，不必停車，降低故障停車率。

液壓往復(fù)壓縮機與機械往復(fù)壓縮機的對比見表2所示：

表2 液壓往復(fù)壓縮機與機械往復(fù)壓縮機的對比

3 結(jié)論

在氣田增壓外輸中，液壓式壓縮機比機械式往復(fù)壓縮機在能源消耗、運行成本、操作便捷上都具有明顯優(yōu)勢。但液壓式壓縮機是一種新型壓縮機，新技術(shù)的應(yīng)用需要根據(jù)實際工況不斷加以改進提高?？梢灶A(yù)見，液壓式壓縮機在氣田增壓集輸中將得到更廣泛的應(yīng)用。

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