3500kW高速往复活塞式天然气压缩机.pdf

3 5 0 0 k W 高速往复活塞式 天然气压缩机冰 I 秦 飞 虎 李 鹏 周 生 伟 I中国石油集团济柴动力总厂 摘要3 5 0 0 k W 高速往复活塞式压缩机，是针对油气生产上游，特别是油气生产现场和野外增压站易于运输和安 装而研制的一种具有平衡性好、 比压值低等特点的新型活塞式压缩机。 该压缩机采用高速短行程、 多列对称平衡结构、 宽 气道 自然冷却气缸、等刚度活塞杆等创新设计，转速高、体积小、质量轻、排量大，机身最大功率为3 5 0 0 k W，活塞杆 最大载荷为2 5 0 k N， 额定转速为1 2 0 0 r ／ mi n 。通过现场试验和测试， 整机综合性能指标达到国外同类机型先进水平，具有 广泛的推广价值和应用前景。 关键词 高速往复式压缩机天然气结构特性 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 2 - 3 0 2 x ． 2 0 1 4 ． 0 2 ． 0 1 4 中国炼化压缩机发展相对成熟 ，已形成系列活塞 力的产品型谱 ，最大活塞力超过 1 2 5 t ，满足了炼化生 产需求。而油气生产上游用高速往复活塞式压缩机则 起步较晚 ，绝大部分是改进型或变型，产品功率 、等 级都不能满足石油天然气工业需求。中国石油集团济 柴动力总厂研制的 3 5 0 0 k W往复活塞式压缩机，是目前 国内最大的高速往复活塞式压缩机。样机先后完成了 关键技术研究 、主机试制 、厂内实验 、机组成撬和现 场 试验 。 1 产品结构与特性 3 5 0 0 k W高速往复活塞式压缩机 6 C F C 主要由机 体部分和气缸部分组成 图 1 机体包括机身 、中体 、 曲轴 、连杆、十字头等，作用是传递动力、连接底撬 与 气缸部分；气缸包括气阀、活塞、填料及安装在气缸上 的排气调节装置等，作用是形成压缩容积和防止气体 泄漏。压缩机性能参数包括额定转速为 1 2 0 0 r ／ m i n ，额 定功率为3 5 0 0 k W， 列数为6 ， 活塞杆最大载筒为2 5 0 k N， 冲程为 1 3 9 ． 7 m m，活塞杆直径为6 3 ． 5 ra m， 活塞平均速度 为5 ． 5 8 8 m ／ s 。 图 1 3 5 0 0 k W 高速往 复活塞式压 缩机三维 立体 图 1一 机 身 ；2一 曲轴 3一 连杆 ；4一 十字 头 ；5一 中体 ； 6 一 压缩缸；7～活塞；8一余隙缸 ；9一填料 ；1 o一 气阀 中国石油天然气集团公 司 2 0 1 2 年 自主创新重要 产品。 获专利情况“ 宽气道 自然冷却压缩机气缸” 专利号zL 2 0 0 9 1 0 0 5 8 2 4 3 ． X 、“ 胀紧套式高弹性橡胶联轴器” 专利号ZL 2 0 0 9 2 0 0 7 8 8 6 1 ． 6 、“ 宽气道 自然冷却压缩机 气缸” 专利号 Z L 2 0 0 9 2 0 0 7 8 8 6 0 ． 1 、“ 柔性活塞杆” 专利号 Z L 2 0 9 2 0 0 7 8 8 6 3 ． 5 、 “ 余 隙调节装置” 专利号 Z L 2 0 0 9 2 0 0 7 8 8 5 9 ． 9 第～作者简介秦飞虎，1 9 7 4 年生，西南石油大学机械工程专业毕业，高级工程师，现任中国石油集团济柴动力总厂成都压 缩机厂研究所所长，主要从事油气田往复式压缩机设计制造3 7 - 作 E ma i l q i n f h _ s c c n p c ． c o n 1 ． c n 娩石 聃夜论坛 2 0 1 4年锋 2 一 。 一 * 。 ． ．一 。 一 秦 虎等 3 5 O O k W 高速往复活塞式天然气 缩机 1 ． 1 平衡性好 3 5 0 0 k W高速往复活塞式压缩机采用 6 列对称平衡 型结构 ，每两列成一组，一组内两列曲柄错角为 1 8 0 。 ， 每相邻两组之间曲柄错角为 6 0 。 或 1 2 0 。 ，这种布置 不仅使惯性力 、力矩得到很好平衡 ，还能使整个压缩 机切 向力在一个旋转周期 内最为均匀 ，压缩机旋转 中 的阻力矩波动小 ，有利于减少曲轴扭转振动 ，减少对 驱动机的负载冲击。此外 ，每一组相对列通过十字头 平衡 盘 精确 平衡 配重 ，确 保 压缩 机高 速平 稳运 行 。 1 ． 2传 动 件 承载 面 比压 值低 传 动件承载面 比压值 的高低直 接影 响机组可靠 性和寿命。该系列机组设计 中考虑了惯性力 、活塞力 等综合因素，力求使传动件 比压值最低。在机组允许 的最大载荷情况下，十字头承压面的比压为 0 ． 6 5 MP a ； 连杆小头衬套的比压为 1 6 ． 8 MP a ；连杆大头瓦比压为 1 3 ． 3 MP a ；主轴瓦的比压为 1 3 ． 3 M P a 。机组承载面比压 值低，使得运动件工作面温升低 、热膨胀小 、磨损小、 导 向性好 ，提高 了机组 的运行可靠性 。 1 ． 3 自然冷却气缸 3 5 0 0 k W高速往复活塞式压缩机采用了宽气道 自然 冷却气缸 图 2 ，将压缩缸设计为单层缸体 ，加大气 流通道 ，缸体依靠被压缩介质 自身热交换进行散热。 单层缸体无缸套 ，简化结构，减少固定余隙容积 ；缸 体内壁设置耐磨层 ，提高了气缸耐磨性 ，与非金属密 封环配对使用 ，可提高气缸使用寿命 3 0 ％ 以上。由于 采用单层缸体 ，去掉原有水冷却机构或风冷却机构 ， 缩小了设备体积，降低 了设备重量，还达到了降低生 产成本和维护费用的效果 。 活塞杆与活塞连接处由两个配合定位段和一个柔 性杆段组成 图3 ，柔性杆与螺纹段的强度趋于相等， 提高了螺纹连接的抗疲劳强度，能有效克服活塞杆螺 纹处断裂事故 。 图 2 自然冷却气缸 1一气道 ；2一压缩腔；3一气阀孔 图 3等刚度活塞杆 1一柔 性杆 ；2一 螺 纹段 ；3一 定位 段 ；4一 定 位段 2 现场应用情况 2 ． 1 机组成撬 根据用户的工艺要求 ，3 5 0 0 k W高速往复活塞式压 缩机的主机成橇为R T Y 3 3 6 0 MHl 3 39 ． 1 2 5 3 ， 典 型运行工况和主要热动力计算结果见表 1 。 2． 2现场 试 验情 况 R T Y 3 3 6 0 M H1 3 3 X 9 ． 1 2 5 3 压缩机组于 2 0 1 2 年 4 月 1 8日至6 月 4日在重庆某增压站进行 1 0 7 6 h的型 式试验。试验中，机组所有机构及附属装置工作情况 良好 ，运转平稳。4月 2 8日由四川省泵类及通用设备 产品质量监督检验站对压缩机各项性能参数进行 了测 表 1 工况和主要热动力力计算结果表 进 气 压 力 排 气压力 MP a 进 气 温 度 排 气温 度 排 气 量 转 速 反向角 。 压 缩 机 轴 最 大杆 负荷 k g t M P a 一 级 二 级 ℃ 一 级 二 级 1 0 4 m 3 ／ d r ／ m i n 一 级 二 级 功率 k W 拉 伸 压 缩 1 ． 7 3 ． 61 3 0 9 6 1 2 0 1 2 0 ． 5 1 O 0 0 1 8 0 ／ 9 2 1 7 7 ／ 7 2 2 8 5 8 1 7 4 1 7 l 9 1 9 7 1 _ 8 3 ． 7 7 3 0 9 5 1 1 6 1 2 8 ． 3 1 0 0 l 8 0 ， 9 2 l 7 7 ， 7 1 2 9 2 2 1 7 9 9 7 1 9 8 6 4 7 I ． 9 3 ． 9 3 3 0 9 4 I 1 3 1 3 6 - 3 1 O 0 0 1 8 O ， 9 2 1 7 7 ／ 7 1 2 9 7 9 1 8 5 7 5 2 0 5 2 8 2 4．O 9 3 0 9 3 1 0 9 1 4 4 ． 2 l 0 0 0 1 7 9 ／ 9 3 1 7 7 ／ 7 3 3 0 3 0 I 9 l 5 2 21 l 9 l i 2 0 1 4年第2期 石油科技论坛 6 3 t j l _鬃 霾鏊墓≤ 萋 雾嚣 i I I 圜圃I 试，测试的性能参数见表 2 。从测试数据可以看出，机 组各项性能指标均达到设计要求，特别是压缩机机身 的振动烈度，设计要求为不小于 1 8 m m ／ s ，实际运行时 振动烈度为 3 ． 7 m m ／ s 。截至 2 0 1 3 年 3 月， 该压缩机已经 平稳运行 5 6 0 0余小时。 表 2 四川省泵 类及通 用设备 产品质 量监 督检验站 测试结 果 部分 检验项 目 要求质量指标 检验 结 排气量 标准状态 1 0 4 12 1 ／ d 1 2 0 0 ～ 2 6 4 l 2 3 2 吸气 压力 MP a 排 气 压力 MP a 吸 气 温 度℃ 排 气 温 度 c ≤ 1 6 0 7 9 冷却后排气温度 ≤5 0 2 8 机 身振 动烈 度 mm／ s ≤ 1 8 3 ． 7 噪声 声 功率 级 dB A ≤ 1 0 5 1 0 3 3结语 3 5 0 0 k W高速往复活塞式压缩机采用高速短行程和 多列对称平衡结构 ，转速高、体积小 、质量轻 、排量 大 ；宽气道 自然冷却气缸 、低 比压值和等刚度活塞杆 等创新设计 ，经现场试验和测试，整机综合性能指标 达到国外 同类机型先进水平 ，可应用于天然气增压集 输 、气举采油 气 、轻烃回收、注气、煤层气开采和 天然气储存及液化等工艺流程 ，具有广泛的应用前景。 与 同场站 的进 口 WH 6 4压缩 机组 在相 同工 况下进 行 了测试 ，测试结 果 和对 比 表 3 。 表 3 6 CF C与进 口 WH 6 4压缩 机运行参数对 比 类 别 项 目 WF 1 6 4 6 CF C 拐 数4 6 冲程 mⅡ 1 J 7 7 ． 8 l 3 9 ．7 基 额定 转速 r ／ mi n 1 0 X 1 2 0 0 妊一 ， 一 活 塞半 均速 度 in／ s 5 ．9 3 5 ． 5 8 8 参 额定 功 率 k W } 2 5 3 5 3 5 0 0 数 活 寒杆 直 mm 6 3 ． 5 6 3 ．5 活塞 杆 允许 杆载 k N 2 8 9 2 5 0 运行转 速 r ／ mi r 1 1 0 5 0 级吸 人 力 MPa 3 ． 6 l ～3 ． 6 8 3 ． 6 1 ～3 ． 6 8 i 未 级排 气 压 J MPa 6 ． 1 8～6 3 9 6 1 8～6 ． 3 8 运 一 一 t 吸 入状念 下 的排 气量 I ll ／ d l l 6 2 3 2 行 IⅢ 压 缩 机机 身振 动烈 度 i2 1 m／ s 5 3～6 ． 1 3 ． 5～4 ． 2 参 一 场站 工艺 管线 振 动烈 度 m n 1 ／ s 2 0 ． I 3 I ． 6 5 数 } 噪 声 1 B A l 0 6 1 0 3 压 力不 均 匀度 ％ 饥 组 进 【 l 】 l 8 4 0 ． 5 l 压 力 不均 匀 度 ％ 机组 出 f f 0 ．2 3 0 ． 1 9 【 参考文献 】 ⋯ 1活塞式压缩机设计 编写组． 活 塞式压缩机设计 [ M I ． 北 京 机械 工业 出版社， 1 9 7 4 ． 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 4 0 6 3 5 0 0 kW Hi g h s p e e d Re c i p r o c a t i n g Na t u r a l Ga s Co mp r e s s o r Q i n F e i h u ， L i P e n g ， Z h o u S h e n g w e i CNP C J i c h a i P o we r Eq u i p me n t Co mp a n y Abs t r a c t 3 5 0 0 k W h i g h_。 s p e e d r e c i p r o c a t i n g c o mp r e s s o r i s a n e w- t y p e b a l a n c e d a n d l o w s p e c i fi c p r e s s u r e v a l u e r e c i p r o c a t i n g c o mp r e s s o r d e v e l o p e d f o r t h e u ps t r e a m o i l a n d g a s p r od u c t i o n s e c t o r ， e a s i l y t r a n s p o r t e d a n d i n s t a l l e d a t t h e o i l a nd g a s p r o d u c t i o n s i t e a n d t h e fie l d c o mp r e s s i o n s t a t i o n ． Th i s c o mp r e s s o r i s d e s i g n e d t o h a v e a h i g h s p e e d ， s h o r t s t r o k e a n d s ymme t ric a l b a l a n c e d s t r u c t u r e ， wi d e g a s p a t h n a t u r a l l y c o o l e d c yl i n d e r s a n d a p i s t o n r o d o f e q ui v a l e n t s t i f f n e s s ． I t i s h i g h i n r o t a t i o n r a t e ， s ma l l i n v o l u me ， l i g h t i n we i g h t a n d h i g h i n d i s c h a r g e ． Th e ma x i mu m p o we r i s 3 5 0 0 k W wh i l e t h e ma x i mu m l o a d o f p i s t o n r o d i s 2 5 0 k N． Th e r o t a t i o n s p e e d i s r a t e d a t 1 2 0 0 r ／ mi n ． I t h a s p a s s e d fi e l d e x p e r i me n t a n d i n s p e c t i o n ． Th e c o mp r e h e n s i v e i n d e x e s o f t h e wh o l e u n i t r e a c h t h e a d v a n c e d l e v e l o f i t s f o r e i g n c o u n t e r p a r t s ． I t h a s a br o a d p r o s p e c t f o r wi d e a p p l i c a t i o n ． Ke y wo r ds h i g h s p e e d， r e c i p r o c a t i n g ， c o mp r e s s o r ， n a t u r a l g a s ， s t r u c t u r e ， c h a r a c t e r i s t i c s 翮 芨论坛 2 0 7 4车第 2期 。 一j * 。 ～