影響管道壓縮機選型的幾個因素

杜培恩 李 山

(1.勝利油田勘察設計研究院有限公司 山東東營) (2.中國石化天然氣分公司 北京)

影響管道壓縮機選型的幾個因素

杜培恩1李 山2

(1.勝利油田勘察設計研究院有限公司 山東東營) (2.中國石化天然氣分公司 北京)

隨著我國天然氣管道建設高峰的到來,管道壓縮機的需求急劇增加。文章主要探討管道壓縮機在選型過程需要考慮的幾個基本因素及采購中應注意的相關事項,以便更好地做好管道工程壓縮機的選型及采購等工作。

管道壓縮機;選型因素;采購注意事項

0 引 言

目前,長距離天然氣輸送管道上使用的壓縮機主要是離心壓縮機和往復壓縮機,一般往復壓縮機主要應用在高壓力、小流量的增壓注氣場合,相反,離心壓縮機一般應用在低、中壓力及大流量的長輸增壓場合[1]。本文主要圍繞管道離心壓縮機展開探討。

1 管道壓縮機選型時需要考慮的基本因素

天然氣管道的生命周期一般為30年左右,當然也有部分地區(qū)的天然氣管道因維護較為完備、及時對腐蝕嚴重的管段實施更換,壽命超過30年仍在服役。管道壓縮機作為長輸管道的核心設備,如何讓其在管道生命周期中充分發(fā)揮作用?這就需要我們結(jié)合管道壓縮機的運行特點,在壓縮機最初的設計選型時全面充分地考慮長輸管道的運行基本因素,以及壓縮機的安全性、適應性、經(jīng)濟性和先進性,使壓縮機的功能和壽命在管道生命周期中的各個運行階段得以充分利用和延長。

管道壓縮機不同于化工工藝壓縮機,其在長輸管道運行過程中主要有以下特點。

1.1 氣量、壓力變化范圍要求較寬

管道壓縮機在天然氣管道生命周期內(nèi)要承擔的氣量、壓力是不斷在變化的,這些變化既有氣田達產(chǎn)過程形成的氣量及壓力逐步提升的階梯型變化,也有調(diào)節(jié)季峰和日峰需求的規(guī)律性變化,因此管道壓縮機在選型時首先要考慮氣量和壓力的因素影響。

天然氣管道在其生命周期之內(nèi)要經(jīng)歷投運、增產(chǎn)、達產(chǎn)、減產(chǎn)、報廢等環(huán)節(jié),而建設在管道上的壓氣站同樣要適應其服役期內(nèi)的各種工況。這就要求天然氣管道壓縮機能適應較寬的流量范圍、壓力波動范圍等。

我國天然氣政策明確規(guī)定,要優(yōu)先發(fā)展城市燃氣[2],即包括居民用氣、工業(yè)用氣、天然氣汽車。而城市燃氣的一個顯著特點就是冬夏季用量相差大,每周7天、每天24小時用量同樣存在很大差距,這種不穩(wěn)定用氣反饋到管道壓縮機上,就要求壓縮機處理的氣量、壓力等隨之出現(xiàn)一定范圍的波動。當然,這其中還要看天然氣供需雙方簽訂的合同內(nèi)容及相應的約束,一般輸送氣田氣的天然氣管道不承擔日峰和小時峰,但輸送LNG氣化后的天然氣管道往往承擔日峰。

國內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)運行的輸送氣田氣的天然氣管道,像西氣東輸?shù)裙艿酪话愠袚掠纬鞘腥細庥脩舻募竟?jié)峰,但也往往需要氣田增供或者開啟金壇儲氣庫。即西氣東輸往往具備輸送高峰月的天然氣需求量,但在高峰月比年均月增加的供量需要氣田或者儲氣庫給予解決。

而已經(jīng)投產(chǎn)的輸送LNG氣化氣的天然氣管道,像大鵬LNG外輸管道一般承擔起城市用戶的季節(jié)峰和日峰等。即LNG接收站需要在高峰月時增大供量,通過外輸管道輸送到用戶;而調(diào)日峰時往往是LNG接收站增加供量的同時輸氣管道也利用下游用戶的用氣壓力波動儲存一部分天然氣,待下游用戶出現(xiàn)日峰時聯(lián)合供給下游用戶。

1.2 輸送氣質(zhì)組分的變化

隨著我國天然氣管道建設,已經(jīng)實施的管道工程或規(guī)劃實施的管道工程為確保天然氣用戶的用氣穩(wěn)定性和安全性,往往需要互聯(lián)成網(wǎng),改建或擴建管道的接入,會由于各種氣田生產(chǎn)的天然氣組分不同,造成混合后的氣體組分發(fā)生變化,同時,長輸管道沿線儲氣庫的建設,注入儲氣庫的天然氣受到地層中含水量和含油量的影響,回輸前雖然進行了脫水、脫烴處理,但氣體組分也發(fā)生了改變。因此,長輸管道輸送的天然氣組分與設計技術(shù)文件中的工藝氣組分存在差別。此時就要求管道壓縮機能適應混合多種組份的天然氣,在壓縮機機選擇材質(zhì)和熱處理過程中應充分考慮不同組分氣體的影響。在壓縮機設計和選型應考慮到這一點,立足于管網(wǎng)的長遠規(guī)劃,提高壓縮機組輸送介質(zhì)的適應范圍。

當然,一般情況下,只要混合的天然氣中不含有腐蝕性介質(zhì)、且天然氣的密度變化較小,對于選定的管道壓縮機影響較小。否則,將影響管道壓縮機的出力、甚至壓縮機的壽命。

1.3 輸送氣質(zhì)溫度變化

當上游來氣壓力較低,而下游壓力需求又較高、但氣量又與設計工況偏差較大時,因為增壓的天然氣壓比較大,將導致壓縮機出口溫度較高,甚至高過一般壓縮機所能承受的出口溫度時將影響壓縮機的葉輪壽命、乃至破壞壓縮機材料性能。

為保證選擇的管道壓縮機適應較寬的范圍,一般需要結(jié)合工藝分析的情況,確定壓縮機進/出口的流量、壓力、溫度參數(shù),以保證管道壓縮機在服役期內(nèi)能有較強的適應性。

2 管道壓縮機成套模式及相關問題

2.1 壓縮機成套方式

在實際項目運行中,為便于項目的順利實施,可以采用成套采購模式,即通過相應的前期工作,確定壓縮機和驅(qū)動機短名單,再由兩者進行相互溝通,拿出相應的技術(shù)方案,但需要之前明確彼此之間相互保密、最好簽署保密協(xié)議,防止串標等惡性事件發(fā)生。對于經(jīng)驗稍欠缺或者為加快項目進度,由壓縮機或者驅(qū)動機供貨商實現(xiàn)成套供應,該方案的缺點是成套商要從中拿走一部分管理費或者成套費,投資相對較高,但可以省掉大部分的協(xié)調(diào)、銜接等工作。

一般電驅(qū)壓縮機由壓縮機供貨商成套,而燃氣輪機驅(qū)動的壓縮機可由燃氣輪機供貨商成套。

2.2 管道壓縮機定型應注意的問題

在一個項目壓縮機采購前期準備的過程中都是要跟壓縮機廠家進行充分的技術(shù)交流,交流的過程中有以下幾點應該值得注意:

1)全面考慮整個輸氣管道所有可能運行的工況點,廠家應根據(jù)所有的工況點對壓縮機進行選型,盡可能使所有工況點在壓縮機的高效區(qū)內(nèi)運行。

2)設計一定要對壓氣站所在地區(qū)的邊界條件進行確認,這是壓縮機驅(qū)動方式選擇的前提。如果邊界條件不能準確確認,將影響整個壓縮機組的配置。例如:選擇燃氣輪機或燃氣發(fā)動機作為驅(qū)動機,必須提供壓氣站的海拔高度,大氣溫度和相對濕度;選擇電機作為驅(qū)動機,必須了解當?shù)仉娋W(wǎng)供電條件和變頻電機對電網(wǎng)的諧波干擾。

3)被壓縮介質(zhì)的組份和特性。要明確氣體組份,尤其是腐蝕性氣體組份的含量,例如二氧化碳和硫化物在濕氣中的含量,直接影響到壓縮機材料的選擇。與壓縮機接口處的法蘭管材的材質(zhì)、執(zhí)行標準以及壁厚是否可以按照規(guī)范要求進行焊接。

4)根據(jù)以往場站設計經(jīng)驗,給出站場流程圖,明確供貨范圍。明確供貨范圍對于接下來的設計聯(lián)絡將至關重要。它將決定哪些是廠家需要提供的,哪些是需要我們進行設計,買方提供的,分工明確。比如壓縮機所有接口法蘭就要明確哪些應該是廠家提供,哪些由買方提供,有些需要配對提供,這些都應該有一個明確的規(guī)定。

2.3 項目執(zhí)行中可能存在的問題

壓縮機成套供貨商主要出現(xiàn)的問題一般都是圍繞供貨界面展開的,主要的問題有:

1)干氣密封中隔離氣的管道材質(zhì)及過濾器設置問題。隔離氣一般采用的是儀表風,而按照國內(nèi)石油化工儀表風設計規(guī)范要求,輸送儀表風的管路采用鍍鋅鋼管即可,但國內(nèi)輸氣管道工程設計規(guī)范明確壓縮機儀表風管道采用不銹鋼材質(zhì)。同時,因儀表風到壓縮機之間距離較遠,需要在進壓縮機組前增加過濾,將空壓機到壓縮機之間的管道部分雜質(zhì)過濾掉;但在技術(shù)采購文件中應明確且要求由供貨商供應隔離氣精細過濾,以保護壓縮機干氣密封系統(tǒng)。

2)干氣密封主密封的管道材質(zhì)及閥門設置問題。第一臺壓縮機啟動后,為方便后來啟動的壓縮機,從壓縮機出口管線取氣接到主密封盤上以便后來機組的啟動。為方便控制及檢修,需要在壓縮機出口管道引出的干氣密封支管線上設置閥門。對于該段管道材質(zhì),按照輸氣管道工程設計規(guī)范需要采用不銹鋼,保證與供貨商供應的干氣密封盤上的不銹鋼管道的可焊性。

3)在技術(shù)規(guī)格書中明確接口處法蘭或者管道材質(zhì)的要求,尤其是要注意在同供貨商簽訂技術(shù)合同時要格外注意供貨商是否明確且采用了與技術(shù)規(guī)格書中一致的材質(zhì)及法蘭標準等。

4)如果應急供油方式采用的是高位油箱,需要設計單位盡快明確主油箱到高位油箱之間的管路走向,以便供貨商核算管徑及管長等。

5)如果輸送的氣體中含有酸性介質(zhì),需要明確要求供貨商葉輪的轉(zhuǎn)子、定子部分采用特殊的抗酸材質(zhì)。

6)在技術(shù)合同中一定要明確供貨商需要外排的接口統(tǒng)一匯到一起、需要接入的接口匯到一起,以便減少壓縮機房內(nèi)管道配管數(shù)量,便于實現(xiàn)壓縮機房內(nèi)管道的合理布局。

7)電驅(qū)壓縮機中,電動機端需要冷卻水的接入或者接出,需要明確供貨商采用柔性接口,或者設計單位提出柔性連接的部件等。

8)壓縮機組自身對于外部接入的水、氣、風等都有相應的信號可以遠傳到壓縮機控制盤上,同時可以要求供貨商也將接口處的數(shù)據(jù)上傳到站場控制室,省去在接口處單獨接出信號。

9)在配管時應注意的問題:

(1)配管接口界面材質(zhì)的要求,例如:壓縮機供貨商或者API617、API614、G B50251中有明確規(guī)定的材質(zhì)要求,要按其相應的要求執(zhí)行。

(2)配管中所用管材的規(guī)格,為保證供貨商供應的管材與甲方供應的材料良好對接,應明確相應的執(zhí)行標準。

(3)配管中動應力對基礎等的影響,壓縮機作為一種旋轉(zhuǎn)設備,在運行時將產(chǎn)生一定的震動,為防止機組運行導致基礎開裂、配管斷裂等事故發(fā)生,需要在設計中充分與供貨商結(jié)合,在獲取到供貨商的各個方向的應力之后,進行應力分析。

(4)壓縮機進出口支架的選擇,一般供貨商建議采用彈性支架,防止壓縮機震動對配管、機組等的影響,建議經(jīng)過材料應力分析后確定支架的形式。因為壓縮機一旦振動較為厲害,即使采用彈性支架也難以解決該問題,此時需要壓縮機重新返廠進行動平衡試驗。

3 結(jié) 論

通過以上分析可以看出,管道壓縮機的工作范圍確定依賴于詳細的工藝分析,而管道壓縮機采購中的一些細節(jié)問題的出現(xiàn)往往需要在技術(shù)合同談判階段盡早避免。

[1] 黃春芳.天然氣管道輸送技術(shù)[M].北京:中國石化出版社,2009

[2] 國家發(fā)改委.天然氣產(chǎn)業(yè)政策.2007(資料)

Some factors of pipeline compressor selection.

Du Peien and Li Shan.

With the upsurge of gas pipeline construction in our country,demand of pipeline compressor will rapidly increase.This paper mainly discuss how to make sure the working scope of pipeline,and what should be pay more attention during procurement,in order to do better during compressor selection and procurement and so on.

pipeline compressor;model selection factor;procurement matters needing attention

TE832

B

1004-9134(2011)05-0033-03

杜培恩,男,1978年生,2003年畢業(yè)于山東建筑大學,同年到勝利油田勘察設計研究院有限公司從事油氣儲運設計工作。郵編:257000

2011-04-15編輯姜 婷)

PI,2011,25(5):33～35

·開發(fā)設計·