雙臺(tái)子儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)選型及運(yùn)行分析

于 奇

中油遼河工程有限公司，遼寧盤錦 124010

地下儲(chǔ)氣庫(kù)是將天然氣經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮以后，注入枯竭的氣（油）藏、地下鹽穴溶腔或其他地質(zhì)構(gòu)造中加以儲(chǔ)存，在消費(fèi)高峰期采出以滿足天然氣用氣市場(chǎng)需求的一種儲(chǔ)氣設(shè)施[1?2]。儲(chǔ)氣庫(kù)可以解決天然氣供需之間出現(xiàn)的不均勻性，還可以在氣源中斷或管網(wǎng)出現(xiàn)技術(shù)故障時(shí)保證不間斷供氣。壓縮機(jī)作為地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)的心臟，其選型應(yīng)用是儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)成敗的關(guān)鍵所在。地下儲(chǔ)氣庫(kù)工作壓力較高，一般為20～50 MPa；輸送流量變化范圍寬，一般為設(shè)計(jì)流量的30%～100%；出口壓力調(diào)節(jié)范圍大，從注氣初期的幾兆帕到注氣末期的幾十兆帕；注采氣切換頻繁，以上諸多特點(diǎn)為儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)選型帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。

1 壓縮機(jī)類型選擇

地下儲(chǔ)氣庫(kù)常用的壓縮機(jī)一般有往復(fù)式壓縮機(jī)和離心式壓縮機(jī)兩種。往復(fù)式壓縮機(jī)主要是通過(guò)氣缸內(nèi)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)壓縮缸內(nèi)氣體達(dá)到增壓的作用，具有適用壓力范圍廣、熱效率高、適應(yīng)排量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)；但是因其往復(fù)慣性大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速較低，故大排量時(shí)需要多臺(tái)機(jī)組，占地面積大，噪音高；另外，往復(fù)式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，易損件較多，致使維修工作量大，并且由于排氣不連續(xù)，還容易產(chǎn)生氣柱振動(dòng)[3]。離心式壓縮機(jī)則是通過(guò)氣體在高速旋轉(zhuǎn)葉輪的作用下獲得速度能和壓力能，并在葉輪和擴(kuò)壓器的流道內(nèi)，利用離心升壓作用和降速擴(kuò)壓作用，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣體的壓力能。離心式壓縮機(jī)具有排量大、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、氣體介質(zhì)不與潤(rùn)滑油接觸、轉(zhuǎn)速高、能耗低等諸多優(yōu)點(diǎn)；但是相同工況下離心式壓縮機(jī)效率一般較往復(fù)式壓縮機(jī)低?；谕鶑?fù)式壓縮機(jī)及離心式壓縮機(jī)的以上特點(diǎn)，往復(fù)式壓縮機(jī)主要適用于中、小流量但壓力較高的場(chǎng)合，而離心式壓縮機(jī)主要適用于大流量、中低壓力的場(chǎng)合[4]。

雙臺(tái)子儲(chǔ)氣庫(kù)共部署9 個(gè)儲(chǔ)氣區(qū)塊，各區(qū)塊運(yùn)行壓力及注氣規(guī)模見(jiàn)表1。

表1 各區(qū)塊運(yùn)行壓力及注氣規(guī)模

根據(jù)各區(qū)塊注氣規(guī)模及運(yùn)行壓力，結(jié)合兩種壓縮機(jī)的特點(diǎn)確定齊62 區(qū)塊選用往復(fù)式壓縮機(jī)[3]，其余區(qū)塊均選用離心式壓縮機(jī)。

2 壓縮機(jī)機(jī)型選擇

雙臺(tái)子儲(chǔ)氣庫(kù)集注站注氣總規(guī)模3 000×104m3/d，采氣增壓總規(guī)模5 400×104m3/d。

2.1 離心式壓縮機(jī)機(jī)型選擇

站內(nèi)新建離心式壓縮機(jī)注氣工況排氣量為800× 104m3/d，注氣增壓出口壓力為28 MPa；采氣工況排氣量為1 350×104m3/d，采氣增壓出口壓力為10 MPa。

離心式壓縮機(jī)機(jī)型比選見(jiàn)表2[5]。

表2 離心式壓縮機(jī)機(jī)型比選

國(guó)產(chǎn)壓縮機(jī)綜合費(fèi)用低且供貨周期較短，但僅有管道類項(xiàng)目的業(yè)績(jī)；進(jìn)口壓縮機(jī)綜合費(fèi)用稍高，供貨周期長(zhǎng)，但具有儲(chǔ)氣庫(kù)業(yè)績(jī)多、技術(shù)相對(duì)成熟的優(yōu)勢(shì)。從提高核心設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率、保證工程建設(shè)進(jìn)度及保證設(shè)備運(yùn)行可靠性三方面綜合考量，雙臺(tái)子儲(chǔ)氣庫(kù)離心式壓縮機(jī)采用國(guó)產(chǎn)壓縮機(jī)+進(jìn)口壓縮機(jī)的方案。

2.2 往復(fù)式壓縮機(jī)機(jī)型選擇

齊62 區(qū)塊注氣規(guī)模為160 × 104m3/d，注氣增壓出口壓力為20～35.3 MPa。往復(fù)式壓縮機(jī)機(jī)型選擇對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 往復(fù)式壓縮機(jī)機(jī)型選擇

國(guó)產(chǎn)往復(fù)式壓縮機(jī)能滿足注氣工況要求，且具有相當(dāng)?shù)纳a(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，為保證國(guó)家重點(diǎn)工程的核心設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率，故采用2套80×104m3/d國(guó)產(chǎn)往復(fù)式壓縮機(jī)方案。

3 壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)方式選擇

壓縮機(jī)常用驅(qū)動(dòng)方式有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)兩種。

電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)需要配置相應(yīng)的輸、配、變電系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)的供電需求為一級(jí)負(fù)荷，受電網(wǎng)制約，適用于外部電網(wǎng)供電可靠及電力供應(yīng)充足的地區(qū)。

燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)需配置相應(yīng)的燃?xì)庀到y(tǒng)、控制系統(tǒng)、啟動(dòng)系統(tǒng)及較小的輸配電系統(tǒng)，所需燃料氣可以直接取自儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)存的氣源，對(duì)外界供電需求小，依賴度低，但是燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)耗氣量大，能量利用率低，維護(hù)工作量大，主要適用于偏遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)。

電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)具有工況適應(yīng)性較好、易操作、維護(hù)工作量小、維護(hù)費(fèi)用低、造價(jià)低、管理簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，因此本工程選擇電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。

4 一期工程壓縮機(jī)配置

雙臺(tái)子儲(chǔ)氣庫(kù)優(yōu)先建設(shè)一期工程4 個(gè)區(qū)塊的儲(chǔ)氣庫(kù)，正常注氣期壓縮機(jī)進(jìn)口壓力7.0 MPa、出口壓力26.7 MPa；正常采氣期壓縮機(jī)進(jìn)口壓力5.0 MPa、出口壓力9.85 MPa。

選用2臺(tái)國(guó)產(chǎn)離心式壓縮機(jī)+2臺(tái)進(jìn)口離心式壓縮機(jī)的配置方案。

4.1 國(guó)產(chǎn)電驅(qū)離心式壓縮機(jī)配置

機(jī)型：排量800 × 104m3/d，設(shè)計(jì)出口壓力28.0 MPa。

壓縮機(jī)功率：低壓缸12 MW+高壓缸11 MW。

驅(qū)動(dòng)方式：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

冷卻方式：空冷（出口50 ℃）。

潤(rùn)滑方式：有油潤(rùn)滑。

壓縮機(jī)主橇：2座（低壓缸橇和高壓缸橇）。

每套壓縮機(jī)主橇配置：壓縮機(jī)空冷器1 臺(tái)、潤(rùn)滑油站1臺(tái)、潤(rùn)滑油冷卻器1臺(tái)及電機(jī)冷卻器1臺(tái)，共配置2套。

4.2 進(jìn)口電驅(qū)離心式壓縮機(jī)配置

機(jī)型：排量800 × 104m3/d，設(shè)計(jì)出口壓力28.0 MPa。

壓縮機(jī)功率：23 MW。

驅(qū)動(dòng)方式：電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

冷卻方式：空冷（出口50 ℃）。

潤(rùn)滑方式：有油潤(rùn)滑。

壓縮機(jī)主橇：1座（一段和二段）。

每套壓縮機(jī)主橇配置：壓縮機(jī)空冷器1 臺(tái)、潤(rùn)滑油站1臺(tái)、潤(rùn)滑油+電機(jī)冷卻器1臺(tái)。

采氣期壓縮機(jī)出口壓力降低至9.85 MPa，壓比減小，國(guó)產(chǎn)離心式壓縮機(jī)高壓缸和低壓缸/進(jìn)口離心式壓縮機(jī)一段和二段同時(shí)使用，單臺(tái)壓縮機(jī)排量可增加至1 350×104m3/d，滿足工程需求。

5 一期工程壓縮機(jī)運(yùn)行分析

5.1 國(guó)產(chǎn)電驅(qū)離心式壓縮機(jī)運(yùn)行分析

國(guó)產(chǎn)電驅(qū)離心式壓縮機(jī)工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 國(guó)產(chǎn)電驅(qū)離心式壓縮機(jī)工藝流程

注氣期：閥門MOV1、MOV2、MOV3、MOV4、MOV6 處于“開(kāi)”狀態(tài)，閥門MOV5 和MOV7 處于“關(guān)”狀態(tài)。壓縮機(jī)入口壓力為7.0 MPa，天然氣經(jīng)過(guò)低壓缸增壓至14.0 MPa，再進(jìn)入高壓缸，增壓至26.7 MPa后出站。

采氣期：閥門MOV1、MOV2、MOV3、MOV4、MOV5、MOV7 處于“開(kāi)”狀態(tài)，閥門MOV6 處于“關(guān)”狀態(tài)。壓縮機(jī)入口壓力為5.0 MPa，天然氣分別進(jìn)入低壓缸和高壓缸增壓至9.85 MPa后出站。

5.2 進(jìn)口電驅(qū)離心式壓縮機(jī)運(yùn)行分析

進(jìn)口電驅(qū)離心式壓縮機(jī)工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 進(jìn)口電驅(qū)離心式壓縮機(jī)工藝流程

注氣期：閥門MOV1、MOV2、MOV3、MOV4、MOV6、MOV8 處于“開(kāi)”狀態(tài)，閥門MOV5 和MOV7 處于“關(guān)”狀態(tài)。壓縮機(jī)入口壓力7.0 MPa，天然氣經(jīng)過(guò)一段增壓至14.0 MPa，再進(jìn)入二段，二段增壓至26.7 MPa后出站。

采氣期：閥門MOV1、MOV2、MOV3、MOV4、MOV5、MOV6、MOV7 處于“開(kāi)”狀態(tài)，閥門MOV8處于“關(guān)”狀態(tài)。壓縮機(jī)入口壓力為5.0 MPa，天然氣分別進(jìn)入一段和二段增壓，當(dāng)壓力達(dá)到9.85 MPa后出站。

6 結(jié)束語(yǔ)

地下儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)選型需綜合考慮多方面的因素，如設(shè)備處理能力、工作效率、工程投資、到貨周期、核心技術(shù)自主化、運(yùn)行安全可靠性及后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)等。本文以雙臺(tái)子儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)選用項(xiàng)目為實(shí)例，對(duì)不同工況下壓縮機(jī)運(yùn)行進(jìn)行分析，可為后續(xù)地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)中的壓縮機(jī)選型提供參考，不同的儲(chǔ)氣庫(kù)還需結(jié)合自身工程實(shí)際合理選用壓縮機(jī)。