天然气压缩机的选型和应用.pdf

第5 期 一 2 3一 天然气压缩机的选型和应用 靳朝霞，高铭志 海洋石油工程股份有限公司，天津 3 0 0 4 5 1 [ 摘要] 介绍了天然气压缩机的常用型式及各种型式压缩机的结构特点及优缺点。结合海上平台的应用，对天然气压缩机 在不同参数下适宜采用的型式及机组驱动方式，进行 了总结和概述。 [ 关键词]天然气压缩机；往复式；离心式；驱动机；选型 随着石 油 工业 的发展 ，天然 气 压缩 机 已被 普 遍应用于石油天然气领域，主要用于对 油 田伴 生气 或气 田的生产 气进行压缩增压 ，使天然气 的 压力增加到可 以使 用的水平，再经处理后作为气 举使 用 生产 、注气使用 保 持地层的油藏 压 力或作为固定平台及F P S O上 的主 电站和热站的 燃料 。 ’ 本文介绍 了压缩机 的不 同类 型及各种 型式 压 缩机 的参数适用 范围，并从压缩机 的使用上 ，阐 述各种型式压缩机的优缺点。对压缩机常用驱动 方式进行 了介绍 ，结合工程实例为天然气压缩机 在海上平台的选型和应用进行总结和概述 。 l 压缩机的类别和使用范围 1 ． 1 压缩机分类 压缩机 按其机件 的运动形式分为两大类 ，即 回转式压缩机和往复式压缩机 。 冁 I援 图l 压缩机分类 1 ． 1 ． 1 回转式压缩机 回转式压缩机 中包括容积式 正排量 压缩 机和动力式压缩机两类 。容积式压缩机是利用 叶 片 、凸轮或螺杆 的旋转将气体 的容积减少 ，增加 气体 的压力 的工作原理运行 的。动力式压缩机则 利用与此完全不 同的工作原理 ，即利用旋转 的叶 片组给气体传递能量 ，然后将它排进扩压器 中， 在扩压器 中气体 的速度 降低 ，气体 的动能转变成 静压能 。 1 ． 1 ．2 往复式压缩机 往复式压缩机 由气缸和 活塞组成 ，活塞在气 缸中压缩缸 内气体 。压缩活塞形式可 以是单作用 也可 以是双作用 ，并可设计成几乎在所有压力或 流量下使用 。因此 ，往复式压缩机是气体工业 中 使用最为普遍 的机型 。 1 ． 2 用于天然气的压缩机及使用范围 作为天然气或油 田伴 生气用 的压缩 机常用型 式包括 活塞式、离心式和螺杆式三 种 ，它们的使 用范围见 图2 。 ⋯● ⋯● ● ● - ● - ● ⋯- ● ● ● ● ● ● ⋯⋯⋯⋯●● ● ●⋯● ●● ● ●● ● ⋯⋯⋯⋯⋯⋯● ● ● - ● ● ● ● ● ● ⋯⋯⋯● ● ⋯● ● ● ● - ● ● ● ● ● ● ⋯⋯⋯． ． 作者简介 靳朝霞 1 9 7 7 一， 女， 河北行唐人， 工学学士， 工程师， 在海洋石油工程股份有限公司设计公司工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ． 2 4 一 ■ 论文广场 石 油 和 化工 设备 2 0 1 2 年 第 1 5 卷 琏j__f 鹱m ’ 图2 天然气压缩机使用范围 1 ． 2 ． 1活塞式压缩机用于进气流量约为3 O O m ／ mi n 1 8 0 0 0 m ／ h 以下 ，特别适用于小流量、高 排出压力的场合。通常每一级的压缩比为3 1 至 4 1 ，更高的压 比会引起它的容积效率和机械效 率下降，还会造成压缩机的应力过大。另外 ， 排气温度也限制 了压缩比的提高，由于机械方 面的原因，通常限制排气温度在1 7 6 ℃以下。 需特别指 出的是， 由于被 压缩气体性质 的影 响 ，还有可能进一步 限制排气温度 ，如天然气压 缩机 的排气温度就有较严格的要求 。所选择 的活 塞式压缩机的每一级的压缩比一般不大于4 1 。 1 ．2 -2 离心式压缩机用于进气流量约为1 4 ．1 6 --6 6 6 0 m 3 ／ mi n 8 5 0 ～ 3 9 9 6 0 0 m ／ h 1 ，离心式压缩机 的壳体 分为水平剖分和垂直剖分两种形式。对于小流 量的压缩机来说，水平剖分型可应用于压力在 5 ． 5 2 ～ 6 ． 8 9 MP a 范围，而垂直剖分型的压缩机压 力应用范围比水平剖分型的要高，如油田注气 压缩机，其压力可 以达 1J 7 2 ．3 9 MP a 。 1 ． 2 ． 3螺杆式压缩机，分为干式螺杆压缩机和喷 油润滑式螺杆压缩机两种。喷油螺杆压缩机的 最高排出压力可达到5 MP a 。 1 ． 3 三种类型压缩机的优缺点 1 ． 3 ． 1 活塞式压缩机 与回转式压缩机 螺杆式 、离心式 相 比， 往复式压缩机的结构更为复杂，维修成本高。但 是往 复式压缩机 的效率高，处理 高压 的能力强 ， 正是 由于 它 的两 大优 点 ， 因此 具有 广泛 的应用 性 ，尤其是在 高压 和超 高压 时，它的优 点表现得 更为突出。 1 ． 3 ．2 螺杆式压缩机 与往复式压缩机相 比，螺杆式压缩机 具有如 下优势 运动部件少 ，取消 了气 阀 、填料和活塞环这 类 易损件 ，节省 了更换这些零部件 的停工时 间； 不存在往复惯性 力，因此允许压缩机在较高 的转 速下运行，压缩机 结构紧凑 ；由于冷却润滑剂是 连续流动的，允许的单级压缩 比要高得多 ；减少 或消除 了流体 气 体 的脉动 ，振动较小 ；可实 现高转速和高压 缩 比，有助于最大 限度地获得可 用的生产功率。 1 ． 3 - 3 离心式压缩机 离 心 式压 缩机 具 有输 气量 大 、 运行 平 稳 、 机组 的外形尺寸小、重量轻 、 占地面积 小、设备 易损件少 、使用期 限长、维护保养 工作量少 、压 缩 的气体不会被润滑油污染等优 点，所 以对 于那 些要求气体流量大 ，气量波动幅度 小，排气 压力 为中、低压 的使用场合 ，很适宜选用离心式 压缩 机 。 但是当流量 较小时， 由于离心式压缩机 的叶 轮变 窄，加工制造 比较 困难 ，运行时会变得不稳 定，特 别表现在 多级压缩 的情况下 ，因为后几级 叶轮 的流量更小 ，因此离心式压缩机 的最小流量 受到限制 。遇到有 小流量要求 的场合 ，人们总是 习惯采用活塞式或螺杆式压缩机 。 2压缩机驱动设备的选择 驱动设备 的转速首先要与被动 的压缩机 的转 速相匹配 ，尽量减 少因增速或减速齿轮箱 的机械 损失，这样也能使机组结构简化 。 驱动机应优先考虑利用天然气 或油 田伴 生 气 作为它 自身的燃料，天然气 发动机或燃气 轮 机 ，从能源利用上看是较为理想 的，它可 以省去 发 电、电能传输和变配 电的过程 和设备，还 可缓 解油气 田供 电紧张的局面 ，尤其是大气 量，高排 气压力的压缩机 ，功率在2 5 0 0 k W左右的大 、中型 压缩机更是如此 。 对于辅助 系统的设备和中、小型压缩机 ，宜 采用电动机驱动。 驱动设备的额定功率应当比压缩机的轴功率 大，通常应 留有1 0 - 2 5 ％的裕度 ，以防压缩机 的超 载或利用空气试车之用。 如选用燃气轮机或天然气发动机作 为驱动机 时 ，还应注意现场环 境条件 的不同和变化 ，功率 需要进行修正。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第5 期 靳朝霞等天然气压缩机的选型和应用 一 2 5一 如选用电动机，压缩的气体为具有爆炸危险 的气 体时， 电动机应 具备防爆 功能 ，防爆 电动机 的选型必须符合使用场所爆炸危险的等级要求。 3工程应用实例 某 海 上 平 台 项 目 ，天 然 气 压 缩 机 的流 量 为3 0 0 0 0 0 m ／ h 5 0 0 0 m ／ mi n ，入 口压力7 1 0 0 k P a G， 出 口压 力8 9 0 0 ～1 4 3 0 0 k Pa G， 压缩 比 1 ． 2 5 ～ 2 ． 0 。综合考虑压缩机的流量和压力 ，根据不 同类型压缩机使用范围，宜选用离心式压缩机。 同时经过计算，驱动机功率约 1 0 6 0 0 k W。 参 照天 然 气压 缩 机驱 动 机选 择 原 则 对 于 2 5 0 0 k W以上的大、中型压缩机的驱动机应优先考 虑 利用天然气作燃料 ，采用天然气发动机或燃气 轮 机 。从能源利用上看 ，可 以省去发 电、电能输 送 等过程 ，较为有利 ；又可缓解油 气 供 电紧 张的局面 。根据 这一原则 ，优 先考虑利用天然气 作为燃料 ，考虑到该压缩机驱动机功率较大 ，应 采用燃气轮机作为驱动机 。 经过上述论证 ，该压缩机 最终型式确定为燃 气轮机驱动离心式压缩机。 4结束语 天然气压缩机在海上平 台得到 了广泛应用 ， 并显示 了 良好 的使用 效果。尽管如此 ，在 实际使 用过程 中，仍然存在许 多待解 决的技 术问题 。如 对于投产初 期和后期 天然气流量和 压力变化大 ， 如何选用合适 的机组 才能确保机组在各种 工况下 正常运行等问题还需设计人员继续研究探讨 。 ◆参考文 献 【 l 】 黄连英． 平湖油气田平台天然气压缩机撬甲板的振动分析 【 J 】 ． 中国海洋平台，2 0 0 1 ， 5 ；5 4 ． 5 7 ． [ 2 ] 刘学强等． B Z 3 4 油田增加天然气压缩机系统工程实践[ J ] ． 中国海上油气 工程 ，2 0 0 6 ， 6 4 2 3 - 4 2 6 ． [ 3 】 李君华等． 天然气压缩机防喘振控制系统和仪表选型【 J 】 ． 石 油化工 自动化，2 0 0 6 ， 6 8 - 1 0 ． [ 4 ] 梁竖． 天然气压缩机运行参数改变对压缩机工况的影响【 J 】 ． 压缩机技术，2 0 0 0 ， 2 2 1 ． 2 1 ． 上接2 2 页 子相互扩散 ，形成 了多种结构 ，其 中表层 的化合 物F e A 1 ， 相的硬度很高。钢材渗铝工艺参数使渗铝 层 显微硬度在1 5 0 “ - - 8 0 0 HV之间，不存在脆性相 ， 满足技术要求。 2 ． 4 渗铝层厚度测量 对渗铝试样 断面 由渗铝层 到基体进行显微硬 度测量时，在测量点l 4 、1 5 点处硬度值平缓较低且 相近 ，说明此处为渗铝层与基体结合处 ，由于测量 点间的距离为0 ． 0 4 mm，因此渗铝层的厚度大约为 0 ．4 8 m m- - ,0 ． 5 2 mm2 _ 间，满足渗铝层厚度要求。 3结论 以上试验说 明渗铝层均匀 、致 密、无裂纹 ， 渗铝层 中铝层 铝元 素含量从渗铝层 到基 体侧逐渐 缓慢下降，并且没有脆性相。本文确定的渗铝工 艺参数 切实可行 ，能够满足渗铝层 性能要求。在 换热器 中使用渗铝 1 0 钢管做为换热管可为企业 带 来 明显的经济效益 。 ◆参考文献 [ 1 】曾斌． 炼油装置冷换设备用材评估[ J 】 ． 石油化工腐蚀与防 护，2 0 0 4 ，2 1 4 5 1 - 6 0 ． [ 2 】 王红，姜广虹，王佩文． 渗铝钢管束应用的可靠性分析及 研制[ J ] ． 化工设备与管道，2 0 0 4 ，4 0 3 5 9 - 6 3 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m