低速整體式與高速分體式燃驅(qū)壓縮機(jī)組選擇對(duì)比分析

汪偉

（中油濟(jì)柴成都?jí)嚎s機(jī)分公司，四川 成都 610100）

1 引言

往復(fù)活塞式壓縮機(jī)是一種容積式壓縮機(jī)，通過(guò)活塞在壓縮腔內(nèi)做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的壓縮與輸送。往復(fù)活塞式壓縮機(jī)是我國(guó)石油化工行業(yè)的核心設(shè)備，是現(xiàn)代化工業(yè)的基礎(chǔ)裝備。往復(fù)活塞式壓縮機(jī)按動(dòng)力驅(qū)動(dòng)形式可分為電驅(qū)、燃驅(qū)、柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)等，其中燃驅(qū)壓縮機(jī)按結(jié)構(gòu)形式可分為整體式與分體式兩種類(lèi)型，分別以美國(guó)庫(kù)柏公司的DPC系列和國(guó)內(nèi)制造的ZTY系列為整體式天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)-壓縮機(jī)為代表，以國(guó)內(nèi)制造的RTY系列為分體式壓縮機(jī)代表。如何充分滿足用戶實(shí)際需求經(jīng)濟(jì)實(shí)用成為用戶選擇壓縮機(jī)產(chǎn)品所考慮的基本的主要因素。因此對(duì)比探討整體式與分體式適用性選擇對(duì)于壓縮機(jī)選擇具有指導(dǎo)意義。以下就整體式及分體式的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理進(jìn)行介紹，并從技術(shù)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)維成本三個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比分析。

2 整體式與分體式機(jī)組天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理介紹

2.1 整體式機(jī)組兩沖程天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理

整體式壓縮機(jī)組采用二沖程燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，二沖程指曲軸每循環(huán)一周，活塞完成一個(gè)工作沖程。即活塞在兩個(gè)沖程內(nèi)完成壓縮、點(diǎn)火、膨脹做功、排氣和掃氣四個(gè)步驟。圖1右上部分表示發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮、點(diǎn)火、膨脹做功過(guò)程工作原理，圖1右下表示排氣和掃氣過(guò)程工作原理。

圖1 四沖程、二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理圖

2.2 分體式機(jī)組四沖程天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理

分體式壓縮機(jī)組配套使用的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)一般采用四沖程，其工作原理是將空氣與天然氣以一定的比例混合，混合氣體經(jīng)壓縮點(diǎn)火燃燒而產(chǎn)生熱能，產(chǎn)生的高溫高壓氣體推動(dòng)活塞作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連桿、曲軸飛輪機(jī)構(gòu)對(duì)外輸出機(jī)械能。圖1左部分表示四沖程天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)完成一個(gè)工作循環(huán)，即：進(jìn)氣、壓縮、膨脹做功和排氣。

3 整體式與分體式對(duì)比分析

3.1 整體式機(jī)組與分體式機(jī)組技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比

3.1.1 整體式機(jī)組的技術(shù)特點(diǎn)

整體式天然氣壓縮機(jī)組又稱(chēng)整體式燃?xì)饽ν袎嚎s機(jī)組（圖2所示）；該機(jī)組由動(dòng)力缸、壓縮缸組成，共用一個(gè)機(jī)身、一根曲軸。該系列機(jī)組具有如下特點(diǎn)：

圖2 整體式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

（1）該機(jī)組為二沖程燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，采用DEMA標(biāo)準(zhǔn)，低速重載；

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)成本較低；

（3）轉(zhuǎn)速低，皮實(shí)耐用，易損件壽命長(zhǎng)，無(wú)返廠大修；

（4）發(fā)動(dòng)機(jī)燃料適應(yīng)能力強(qiáng)。適應(yīng)各種燃?xì)獾牡蜔嶂担?/p>

（5）潤(rùn)滑系統(tǒng)簡(jiǎn)單且可靠。機(jī)組內(nèi)部運(yùn)動(dòng)件采用飛濺潤(rùn)滑，動(dòng)力缸內(nèi)采用強(qiáng)制潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油無(wú)污染，使用壽命可達(dá)6000h以上；

（6）發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線是直線，最低負(fù)荷功率為標(biāo)定功率的36%，機(jī)組排量調(diào)節(jié)范圍寬；

（7）機(jī)組無(wú)需外接電源、水源；

（8）應(yīng)用領(lǐng)域：可用于集氣外輸、油氣處理和加工、氣舉、輕烴回收；

（9）工作介質(zhì)：天然氣、煤層氣、頁(yè)巖氣、油田伴生氣、閃蒸氣。

3.1.2 分體式機(jī)組的技術(shù)特點(diǎn)

分體式壓縮機(jī)采用中高速壓縮機(jī)與天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器連接構(gòu)成壓縮機(jī)組，具有如下特點(diǎn)：

（1）天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)功率匹配選擇范圍大，大排量、場(chǎng)站配置數(shù)量少。

（2）機(jī)組轉(zhuǎn)速高，相同排量情況下，體積小，重量輕。

（3）可用于集氣外輸、采氣和注氣（儲(chǔ)氣庫(kù)）、油氣處理和加工、氣舉、輕烴回收、天然氣液化、煉化、氣體鉆井、管道試壓。需要野外流動(dòng)作業(yè)的場(chǎng)所。

（4）工作介質(zhì)：天然氣、煤層氣、頁(yè)巖氣、油田伴生氣、閃蒸氣、空氣、氮?dú)?、二氧化碳、氫氣、氮?dú)錃獾取?/p>

圖3 分體式壓縮機(jī)組布局示意圖

3.2 整體式壓縮機(jī)與分體式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)比表

表1

3.3 使用維護(hù)費(fèi)用、大修理對(duì)比

（1）整體式壓縮機(jī)初次投入成本略高，但機(jī)組運(yùn)行效率優(yōu)于分體機(jī)，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低于分體機(jī)，所以總的使用成本低于分體機(jī)。(圖4所示）

圖4 整體式-分體式運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用曲線圖

（2）整體式壓縮機(jī)對(duì)操作維護(hù)人員素質(zhì)要求低，分體式壓縮機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)操作、維護(hù)保養(yǎng)需專(zhuān)業(yè)人員；

（3）整體式壓縮機(jī)大修周期為40000小時(shí)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。分體機(jī)組大修周期為20000小時(shí)需返廠；分體機(jī)組運(yùn)行維護(hù)、大修周期均高于整體機(jī)。（圖5所示）

圖5 整體式-分體式運(yùn)行維護(hù)周期曲線圖

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)以上對(duì)比分析可知：整體式系列天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)—壓縮機(jī)組具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)耐用、維護(hù)保養(yǎng)便利、故障率低等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于現(xiàn)場(chǎng)燃料氣氣質(zhì)條件差、無(wú)電和水源的邊緣地區(qū)的單井天然氣增壓的場(chǎng)合。缺點(diǎn)是裝機(jī)容量小（最大單臺(tái)機(jī)組功率630kW）、需固定安裝，同功率占地面積大。壓縮介質(zhì)單一，一般僅用于壓縮天然氣。

分體式系列壓縮機(jī)具有配套天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)功率范圍選擇大100-3600kW、可固定安裝或移動(dòng)作業(yè)，同功率占地面積小、可壓縮不同介質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)；特別適用于要求高壓（排氣壓力35MPa以上）、大排量?jī)?chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)的采氣和注氣；需移動(dòng)作業(yè)的高壓氣舉以及需壓縮特殊介質(zhì)的空氣鉆井、氮?dú)?、二氧化碳火?qū)的工藝需求。缺點(diǎn)是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)燃料氣氣質(zhì)條件要求較高；維護(hù)保養(yǎng)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)需專(zhuān)業(yè)人員、費(fèi)用相對(duì)較高。

綜上所述，根據(jù)以上對(duì)整體式與分體式的對(duì)比分析，兩種結(jié)構(gòu)的壓縮機(jī)各有優(yōu)劣勢(shì)及不同的應(yīng)用范圍，用戶可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件、工藝要求、場(chǎng)地面積、適用性、經(jīng)濟(jì)性、維修條件等因素綜合考慮，進(jìn)行科學(xué)合理的選擇，使壓縮機(jī)效能最大化。