大功率天然气压缩机组的成橇设计与应用.pdf

l 48 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 1 年 5 月第 3 3 卷第 5 期 J o u r n a l o f Oi l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I Ma y ． 2 0 1 1 V o 1 ． 3 3 N o ． 5 大 功率天然气压缩机组 的成橇 设计 与应用 胡雄心 中 海石油 中国有限公司天津分公司工程建 设部， 天 津3 o o 4 5 2 [ 摘要] 国产 天然气发 动机 驱动的天 然气压缩机大 多在 l O 0 0 k W 以下。而招标采用 的天然 气发动机驱 动功 率为 1 5 0 0 k W，并且是 第一次 尝试 国产 品牌天然气发动机；招标 采用 的天然气压缩机 也是第一次设 计使用 功率为 1 5 o o k W。为此进行 了设备成橇设计，依据天 然气压 缩机 组成橇设 计的主要设计参数 ，开展 了设备 成橇设计应用实践 ，积累 了一般海洋石油招投标设备 的成橇设计经验 。 [ 关键词]海洋 石油设备 ；天然气压缩机；发 动机 ；成橇设 计 [ 中图分类号]T E 9 5 1 ． o 7 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 1 o 5一 o 1 4 8一 o 2 笔 者 所 涉 及 的 大 功 率 1 5 0 0 k W 天 然 气 压 缩 机 组 的 成 橇 设 计 比 较 复 杂 ，通 过 与 国 内 多 家 压 缩 机 厂 家 的 技 术 交 流 发 现 ， 国 内 还 没 有 1 0 0 0 k W以上 发 动 机 驱 动 的天 然 气 压 缩 机 组 的 应 用 案 例 。为 此 ，组 织 中 海 油 系 统 的 知 名 专 家 组 去 济 柴 工 厂 进 行 调 研 与 技 术 交 流 ，经 过 专 家 组 讨 论 确 定 ，在 国 内首 次 进 行 大 功 率 天 然 气 发 动 机 驱 动 的 天 然 气 压 缩 机 组 的 成 橇 设 计 是 可 行 的 。笔 者 以 蓬 莱 及 曹 妃 甸 天 然 气 利 用 项 目招 标 的 天 然 气 压 缩 机 组 为 例 ，介 绍 了设 备 成 橇 设 计 的 方 法 和 思 路 。 此 项 设 备 成 橇 设 计 需 要 经 过 很 多 的 设 计 计 算 ，如 确 定 发 动 机 、 压 缩 机 、分 离 器 、 换 热 器 等 的 选 型 设 计 计 算 ，对 相 关 材 料 、 管 线 进 行 设 计 以 及 总 体 三 维 模 拟 设 计 等 ， 以 满 足 成 橇 设 备 现 场 应 用 要 求 。 l 天然气压缩机组成橇设计的主要设计参数 天 然 气 压 缩 机 组 成 橇 设 计 的 主 要 参 数 分 别 为 发 动 机 主 要 技 术 参 数 和 压 缩 机 主 要 设 计 参 数 ，见 表 1 。 表 1 天 然 气 压 缩 机 组 成橇 设 计 的 主 要 设计 参 数 发动机主要技术参数 压缩机主要设计参数 发动 机 型 号 H1 6 V1 9 0 Z I T 一 1 压缩 机 型 号 M 3 8 ／ 1 2 4 - 4 1 气缸排列 1 6缸 V形排列 排气量 入 口状态 3 8 m ／ rain 缸径 行程 1 9 0 mm2 1 5 mm 进气温度为 2 1 ℃时 ， 总排量 9 7 ． 5 3 I 压缩 机气缸进 口流量 发动机额定转速 1 2 0 0 r ／ mi n 进气压力 l 2 4 0 k P a G 发动机额定持续输 出功率 l 5 0 0 k W 压缩机气缸进 口压力 热耗率 ≤9 5 0 0 k J ／ k w h 排气压力 4 1 0 0 k P a G 燃气进气压力 1 】 ～4 0 0 k P a 压缩机气缸出 口压力 燃气进口温度 5 ～5 O ℃ 供气量 3 0 0 0 0 Nm。 ／ h 最大耗气量 5 0 0 Nm ／ h 1 5 0 0 k W 工况 下 进气温度 3 ～2 3 ℃ 机油耗率 ≤ 1 ． O g ／ k W h 排气温度 冷却后 ≤3 8 C 油底壳容积4 6 0 I 供气温度 ≤3 8 ℃ 机油牌号 美孚飞马 7 0 5或 KC N7 8 1 0 最大工况轴功率 ≤ 1 3 5 5 k W 润 滑 方 式 压 力 和 飞溅 润滑 曲 轴转 速 3 7 5 r ／ mi n 机油过滤器 离心过滤纸质精滤双过滤系统 活塞行程 3 2 0 ram 排气温度 ≤6 8 O ℃ 涡轮前 排污方式 手动自动 调 速 方 式 全 程 电 子调 速 主机 外 形 尺 寸 1 1 0 0 0 mm 6 6 0 0 mm 3 0 0 0 mm 超 速 保 护 有 ≥ 1 1 2 报 警 及 停 机 长 宽 高 [ 收稿日期]2 0 1 1 0 22 0 [ 作者简介]胡雄心 1 9 6 8一 ，男 ，1 9 9 1 年江汉石油学院毕业 ，高级工程师 ，现从事海洋平台设计 建造工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 3卷第 5期 胡雄心 大功率 天然气压缩机组 的成橇设计与应用 1 4 9 2 设备成橇 设计应 用实践 设 备 成 橇 设 计 经 过 方 案 优 选 确 定 、 部 件 设 计 及 材 料 清 单 列 出 等 过 程 。 设 备 成 橇 设 计 一 般 按 照 项 目招 标 的 要 求 进 行 ，首 先 要 读 懂 招 标 书 全 部 内 容 ，理 清 招 标 书 的 供 货 范 围 。理 解 招 标 范 围 内 的 各 项 设 备 材 料 有 什 么 具 体 要 求 ，需 要 执 行 哪 些 标 准 以 及 国 际 、 国 内 的 规 范 要 求 。设 备 成 橇 设 计 需 要 很 多 专 业 工 程 师 配 合 ，如 工 艺 、 结 构 、机 械 、配 管 、 电气 、 仪 表 、 防 腐 等 专 业 的 配 合 ，要 求 各 专 业 T 程 师 设 计 整 个 橇 装 的 设 备 材 料 需 求 ， 提 出 相 关 材 料 选 型 ， 提 出 子 供 应 商 名 单 及 相 应 料 单 。 通 过 方 案 不 断 优 化 比 较 ， 才 能 最 终 完 成 成 橇 设 计 。其 次 ，要 详 细 确 定 成 橇 外 管 路 、 电 路 的 界 面 接 口 ， 以 便 与 现 场 对 接 。 下 面 以 大 功 率 压 缩 机 组 为 例 ， 分 析 如 何 进 行 设 备 的 成 橇 设 计 。 2 ．1 设 备 成 橇 设 计 招 标 书 的 供 货 范 围 要 理 清 天 然 气 压 缩 机 组 成 橇 设 计 招 标 书 的 供 货 范 围 ， 包 括 压 缩 机 主 机 橇 ， 4台 套 ；燃 气 发 动 机 、 液 力 偶 合 器 橇 ，4台 套 ；P I C 触 摸 屏 控 制 柜 ，4台套 ； 冷 却 器 橇 ， 1个 ／ 台 套 ；进 气 分 离 器 橇 ， 1个 ／ 台 套 ；排 气 分 离 器 橇 ， 1个 ／ 台 套 ；稀 油 站 橇 ，1个 ／ 台 套 ；管 路 、 阀 门 ， 4台 套 ； 一 年 随 机 备 件 ，4台 套 ； 开 工 备 件 ，4台 套 ；随 机 专 用 工 具 ，4台 套 ； 压 缩 机 试 车 时 所 需 的 润 滑 油 ，滤 芯 等 ，4台 套 。 2 ．2设 备 成 橇 设 计 的 内 容 及 要 点 严 格 执 行 数 据 表 及 规 格 书 详 细 要 求 ， 按 照 相 关 标 准 进 行 各 项 设 备 、 管 件 、 电 器 、仪 表 的 成 橇 设 计 ， 同 时 分 专 业 对 各 项 设 备 进 行 配 套 设 计 。主 要 包 括 各 项 设 备 主 发 动 机 、 液 力 偶 合 器 、 压 缩 机 、冷 却 器 和 进 出 口分 离 器 等 机 械 设 计 、 材 料 选 型 分 析 设 计 、压 力 容 器 设 计 、管 道 设 计 、 电 仪 设 计 等 等 。设 备 工 艺 管 道 控 制 设 计 还 包 括 工 艺 管 线 设 计 、 管 线 应 力 分 析 、 仪 表 控 制 设 计 。 由于 设 计 工 作 比 较 复 杂 ，下 面 选 择 重 点 介 绍 天 然 气 压 缩 机 组 设 计 的 几 个 要 点 1 压 缩 机 设 计 原 则 ① 平 衡 的 整 机 结 构 和 可 靠 的 振 动 分 析 压 缩 机 主 机 采 用 对 称 平 衡 型 ，主 机 四 列 气 缸 对 应 压 缩 机 的 一 级 ，气 缸 为 双 作 用 ， 惯 性 力 完 全 抵 消 ，运 转 平 稳 可 靠 ；按 照 API 6 1 8附 录 M中 的 方 法 三 ，对 压 缩 机 组 进 行 振 动 分 析 ，有 效 保 证 压 缩 机 组 的 振 动 烈 度 ≤ 1 8 mm／ s 。 ② 可 靠 完 善 的 控 制 系 统 压 缩 机 采 用 PI c 文 本 显 示 控 制 ，控 制 柜 PI C及 主 要 控 制 元 件 采 用 国 际 知 名 品 牌 产 品 ， 控 制 、 保 护 、 显 示 内 容 齐 全 ， 自动 化 程 度 高 。 ③ 特 别 的 防 漏 措 施 压 缩 机 采 用 加 长 的 填 料 结 构 ，更 好 地 保 证 压 缩 介 质 的 密 封 ， 防 止 压 缩 介 质 的 泄 漏 。 ④ 易 损 件 寿 命 长 合 理 的 主 机 结 构 ，较 低 的 排 气 温 度 和 压 缩 机 转 速 ， 同 等 情 况 下 ，气 阀 、 填 料 、 活 塞 环 、 支 撑 环 等 易 损 件 的 寿 命 长 。⑤ 机 组 整 体 性 高 压 缩 机 整 个 工 作 系 统 分 体 组 装 在 大 架 上 ，运 输 安 装 维 护 方 便 。⑥ 周 全 的 排 污 放 空 系 统 保 证 环 境 受 污 染 程 度 小 。 2 压 缩 机 设 计 的 气 量 调 节 方 式① 采 用 旁 通 ． 顶 开 吸 气 阀 调 节 转 速 法 进 行 流 量 调 节 。② 压 缩 机 按 最 大 流 量 3 0 00 ONto 。 ／ h进 行 设 计 ， 此 时 压 缩 机 转 速 37 5 r ／rai n。 ③ 当 流 量 在2 5 0 00～ 3 0 0 00 Nm。 ／h 时 ， 通 过 调 整 燃 气 发 动 机 使 压 缩 机 在 转 速3 1 5～ 3 7 5 r ／ rai n 运 行 ； 当 流 量 在1 5 0 0 0 Nm。 ／ h时 ， 压 缩 机 在 37 5 r ／rai n下 运 行 ， 同 时 顶 开 两 个 气 缸 的 吸 气 阀 。 ④ 当 流 量 在1 5 00 0～ 2 2 5 00 Nm。 ／h 时 ， 压 缩 机 在 3 7 5 r ／ rai n 下 运 行 ，顶 开 1 ／ 4的 吸 气 阀 ， 并 配 合 打 回 流 进 行 流 量 调 节 。 ⑤ 当 流 量 在 2 2 5 0 0 ～ 2 5 0 0 0 Nm。 ／ h 时 ， 压 缩 机 在 3 75 r ／ ra i n 下 运 行 ， 通 过 打 回 流 进 行 流 量 调 节 。 3 压 缩 机 设 计 、 制 造 、检 验 及 试 验 标 准 ① 石 油 、 化 工 和 气 体 工 业 用 往 复 式 压 缩 机 最 新 版 API 6 1 8 。 ② 石 油 气 生 产 配 套 往 复 式 压 缩 机 规 范 AP I 1 1 P ； 机 械 设 备 的 噪 声 控 制 AP I 6 1 5 。 ③ 振 动 、 轴 向 跳 动 和 轴 承 温 度 控 制 系 统 API 67 0。 ④ 钢 管 法 兰 及 法 兰 密 封 面 A NSI B1 6 ．5 。 ⑤ 用 于 化 工 厂 和 石 油 精 炼 厂 的 管 道 规 格 ANSI B31 ． 3。 ⑥ 美 国 机 械 工 程 师 协 会VI I 1 DI V I A S M E VI I I DI g 1 ．。 ⑦ 换 热 器 生 产 厂 家 联 合 标 准 TEMA 。 2 ～设 备 成 橇 设 计 的 分 m与 协 作 设 备 成 橇 设 计 通 过 各 专 业 分 I 与 协 作 ， 最 后 由 总 体 专 业 统 筹 汇 总 ，并 在 三 维 模 型 中 进 行 模 拟 管 线 、 电 路 的 布 置 ， 检 查 碰 撞 及 干 涉 ， 消 除 安 装 隐 患 。 应 用 三 维 模 型 进 行 模 拟 操 作 与 维 修 ，确 保 设 备 有 充 足 的 操 作 维 修 空 间 。 设 备 成 橇 设 计 要 理 出 与 橇 外 界 面 接 口 ， 便 于 成 橇 设 备 检 查 与 对 外 联 接 。 设 备 成 橇 设 计 最 后 还 要 考 虑 设 备 吊 点 选 择 ， 整 橇 的 重 心 计 算 与 吊 装 方 案 的 设 计 ， 最 后 才 能 提 出 成 橇 设 计 总 图 [ 编辑 ] 苏开科 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m