西三線西段工程壓縮機(jī)組選型及節(jié)能措施

孫曉寶 （大慶油田工程有限公司）

西三線西段工程壓縮機(jī)組選型及節(jié)能措施

孫曉寶 （大慶油田工程有限公司）

西三線西段工程消耗的主要能源為電力和天然氣，二者年綜合能耗為112.64×107kgce（千克標(biāo)準(zhǔn)煤），主要耗能設(shè)備有壓縮機(jī)組、空壓機(jī)、空冷器等。為了更好地貫徹國(guó)家“節(jié)能降耗”的政策，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的要求，西三線西段工程充分利用了西二線已有成果，采用了高效壓縮機(jī)組、變頻電動(dòng)機(jī)，同時(shí)優(yōu)化空冷器、空壓機(jī)、過(guò)濾分離器、閥門(mén)等設(shè)備選型，統(tǒng)籌考慮工藝管道布置。采取上述措施后，在設(shè)計(jì)輸量運(yùn)行時(shí)單位周轉(zhuǎn)量能耗為152.7 kgce/（107m3·km），綜合能耗低于西二線西段工程，其能效指標(biāo)處于國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

壓縮機(jī)；電驅(qū)；效率；能效指標(biāo)

西三線西段工程起于新疆霍爾果斯，止于寧夏中衛(wèi)，管道總體走向自西北向東南，途經(jīng)新疆、甘肅、寧夏3個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)），與西二線并行，線路總長(zhǎng)2459 km，管道設(shè)計(jì)年輸量300×108Nm3/a（標(biāo)準(zhǔn)立方米每年），管徑1219 mm，設(shè)計(jì)壓力12 MPa。西三線西段共設(shè)置17座工藝站場(chǎng)，69座閥室。本工程消耗的主要能源為電力和天然氣，而主要耗能設(shè)備為壓縮機(jī)組、空壓機(jī)、空冷器等，其規(guī)格與數(shù)量詳見(jiàn)表1。

表1 主要耗能設(shè)備

1 壓縮機(jī)組選型

1）壓縮機(jī)類(lèi)型選擇。壓縮機(jī)組是壓氣站的核心，壓縮機(jī)組選擇的合理性將直接影響工程投資和管道運(yùn)行的效益及穩(wěn)定性。天然氣長(zhǎng)輸管道用壓縮機(jī)主要分為離心式和往復(fù)式壓縮機(jī)兩種類(lèi)型。

離心式壓縮機(jī)排量大、運(yùn)行效率高，流量平穩(wěn)，與原動(dòng)機(jī)可直接連接，維護(hù)費(fèi)用少；但調(diào)節(jié)流量范圍相對(duì)較小，單級(jí)壓比較低，主要應(yīng)用于輸氣干線或輸氣規(guī)模較大的長(zhǎng)輸管道。

往復(fù)式壓縮機(jī)效率高、壓比高，對(duì)進(jìn)氣壓力的穩(wěn)定性要求較低，無(wú)喘振現(xiàn)象；但排量相對(duì)較小，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)性能不好，維護(hù)工作量和工作強(qiáng)度大，維護(hù)費(fèi)用高，主要應(yīng)用于儲(chǔ)氣庫(kù)和輸氣規(guī)模較小的長(zhǎng)輸管道。

綜合考慮離心式壓縮機(jī)和往復(fù)式壓縮機(jī)的上述特點(diǎn)，結(jié)合本工程輸氣規(guī)模大、壓比低的實(shí)際情況，采用了離心式壓縮機(jī)。

2）驅(qū)動(dòng)方式選擇。離心式壓縮機(jī)屬速度型機(jī)組，必須在高速下才能有效工作。天然氣長(zhǎng)輸管道大功率壓縮機(jī)主要采用燃?xì)廨啓C(jī)和變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。二者在技術(shù)上均可以滿足本工程天然氣輸送工況的要求。

綜合考慮沿線用電條件、能耗總量、能耗價(jià)格，通過(guò)電驅(qū)或燃驅(qū)經(jīng)濟(jì)比選，確定了最經(jīng)濟(jì)的方案——全線共設(shè)置了9座電驅(qū)壓氣站，5座燃驅(qū)壓氣站。西三線西段與西二線管道可聯(lián)合運(yùn)行，也可獨(dú)立運(yùn)行。

3）備機(jī)設(shè)置。根據(jù)系統(tǒng)可用率分析及系統(tǒng)失效分析結(jié)果，推薦西三線西段9座壓氣站均設(shè)置1臺(tái)備用機(jī)組，其余5座壓氣站均按預(yù)留1臺(tái)機(jī)組位置進(jìn)行設(shè)計(jì)，暫不增設(shè)備機(jī)。

4）壓縮機(jī)組效率要求。本工程選定的壓縮機(jī)組采用變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，降低電耗量。該類(lèi)型壓縮機(jī)組效率與流量、電動(dòng)機(jī)負(fù)荷率的關(guān)系如圖1、圖2所示。

圖1 壓縮機(jī)組效率與流量關(guān)系

圖2 壓縮機(jī)組效率與電動(dòng)機(jī)負(fù)荷率關(guān)系

從圖1、圖2可以看出，隨著工藝氣流量的增大，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷率的增高，機(jī)組效率也隨之逐漸升高。在設(shè)計(jì)工況附近，被測(cè)機(jī)組效率大于75%，滿足SYT 6837—2011《油氣輸送管道系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》中要求[1]，具體數(shù)值詳見(jiàn)表2。

表2 天然氣壓縮機(jī)組技能監(jiān)測(cè)項(xiàng)目與指標(biāo)要求

本工程采用效率較高的燃?xì)廨啓C(jī)、電動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)。經(jīng)計(jì)算，采用離心式壓縮機(jī)時(shí)，壓縮機(jī)效率可達(dá)87%；采用燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，機(jī)組效率可達(dá)38%～41%；變頻電動(dòng)機(jī)效率可達(dá)95%[2]，有效減少了耗電量和耗氣量。

2 工藝系統(tǒng)和配套設(shè)備節(jié)能措施

2.1優(yōu)化出站溫度

在壓氣站設(shè)置后空冷器，減少壓氣站出站壓力損失；合理選擇空冷器負(fù)荷，減少空冷器電耗量。

為確定合理的輸氣溫度，按60、50、45℃的出站溫度配置了空冷器，按運(yùn)行日輸量計(jì)算管道總的耗電、耗氣，開(kāi)展經(jīng)濟(jì)比較，確定了最優(yōu)的空冷器溫度（出站溫度）。經(jīng)比較，采用50℃出站溫度，綜合能耗在各方案中最低。

2.2設(shè)備選用和配管布置

1）空壓機(jī)選型。本工程空氣壓縮機(jī)采用無(wú)油螺桿空氣壓縮機(jī)，干燥系統(tǒng)采用無(wú)熱再生吸附裝置，具有操作方便、效率高、更節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。再生吸附裝置采用無(wú)熱再生，在保證下游工藝流程及最終壓縮空氣質(zhì)量的前提下，無(wú)需額外耗電。

2）設(shè)置過(guò)濾分離設(shè)備。在壓氣站工藝流程上設(shè)置過(guò)濾分離設(shè)備，不僅保證壓氣站氣體的高質(zhì)量?jī)艋?，而且保護(hù)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子部分不受到磨損，提高管輸效率；況且與其他過(guò)濾設(shè)備相比還減少了壓降損失，降低了能耗。

3）閥門(mén)選型。選擇密閉性能好、使用壽命長(zhǎng)、能耗低的閥門(mén)，避免和減少天然氣的漏失。

4）優(yōu)化工藝管路和設(shè)備布置。通過(guò)合理優(yōu)化站內(nèi)線路及設(shè)備布置，減少站內(nèi)局部阻力，降低進(jìn)出站壓降損失。

3 節(jié)能降耗效果

3.1綜合能耗計(jì)算

此工程的綜合能耗計(jì)算[3]見(jiàn)表3。

表3 綜合能耗計(jì)算

3.2與其他工程的能耗對(duì)比

本工程的設(shè)計(jì)輸量和線路長(zhǎng)度與西二線西段類(lèi)似，選取西二線西段管線進(jìn)行能耗對(duì)比，詳見(jiàn)表4。

表4 輸氣管道能耗對(duì)比

4 結(jié)論

1）在相同設(shè)計(jì)輸量、設(shè)計(jì)壓力、管徑以及相近的管線長(zhǎng)度條件下，西三線西段無(wú)分輸用戶，而西二線西段存在11個(gè)分輸用戶，分輸量為36.5×108m3；因此，西三線西段的周轉(zhuǎn)量遠(yuǎn)大于西二線西段的周轉(zhuǎn)量。

2）西三線西段壓氣站大量采用了電驅(qū)形式，14座壓氣站中，采用了9座電驅(qū)壓氣站，而西二線由于受當(dāng)時(shí)電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的影響，全線僅采用了3座電驅(qū)壓氣站；因此，西三線西段的綜合能耗比西二線西段低。

在設(shè)計(jì)輸量運(yùn)行時(shí)，該項(xiàng)目單位周轉(zhuǎn)量能耗為152.7 kgce/（107m3·km），其能效指標(biāo)處于國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

[1]國(guó)家能源局.油氣輸送管道系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范：SYT 6837 [S].北京：石油工業(yè)出版社，2011：3.

[2]國(guó)家能源局.天然氣輸送管道系統(tǒng)能耗測(cè)試和計(jì)算方法：SYT 6637[S].北京：石油工業(yè)出版社，2012：5-8.

[3]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.綜合能耗計(jì)算通則：GBT 2589[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008：2-4.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.10.014

2016-06-13

（編輯 李發(fā)榮）

孫曉寶，工程師，2007年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院（油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專(zhuān)業(yè)），從事油氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)計(jì)工作，E-mail：41973341@qq.com，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)大慶油田設(shè)計(jì)院管道所，163712。