天然氣增壓站壓縮機(jī)選型方案探討

亢思敏

北京石油化工工程有限公司西安分公司 陜西 西安 710000

天然氣壓縮機(jī)作為油氣田開發(fā)生產(chǎn)的重要設(shè)備，在油氣田領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。國內(nèi)某公司新建一座天然氣增壓站，設(shè)計(jì)規(guī)模為1000×104Nm3/d，裝置操作彈性50～110%；年運(yùn)行時(shí)間330d；進(jìn)站壓力：2.0～2.5MPaG；出站壓力：5.5～6.0MPaG。

1 天然氣壓縮機(jī)工況

原料氣分五路進(jìn)站，均為含硫原料氣。進(jìn)站壓力為2.0～2.5MPa（G），由于氣田集氣系統(tǒng)主要為埋地輸送，天然氣溫度受土壤溫度控制，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，原料天然氣進(jìn)站溫度取3℃～20℃。

結(jié)合該項(xiàng)目實(shí)際情況，出站壓力達(dá)到5.5 MPa～6.0MPaG即可滿足下游要求。

2 常用壓縮機(jī)型式

油氣田用壓縮機(jī)一般為往復(fù)式壓縮機(jī)、螺桿式壓縮機(jī)和離心式壓縮機(jī)[1]。三者使用范圍見下圖。

圖1 天然氣壓縮機(jī)使用范圍

2.1 往復(fù)式壓縮機(jī)

往復(fù)式壓縮機(jī)效率高，壓比大，對于壓力及流量的波動(dòng)適應(yīng)性較強(qiáng)，工況易于調(diào)節(jié)，無喘振現(xiàn)象，流量變化對效率的影響較小，可實(shí)現(xiàn)多級(jí)増壓。通常每一級(jí)的壓縮比為3∶1至4∶1，壓縮機(jī)最高排氣壓力可達(dá)52MPa，特別適用于氣田和油田伴生氣分散增壓。但也有體積大，活動(dòng)部件多，機(jī)組噪音大，輔助設(shè)備多，占地面積大，維護(hù)工作量大，維護(hù)費(fèi)用高的特點(diǎn)，更高的壓比會(huì)引起它容積效率和機(jī)械效率下降。

往復(fù)式壓縮機(jī)：用于進(jìn)氣流量18000m3/h以下（進(jìn)氣流量指進(jìn)氣條件下的容積流量），流量調(diào)節(jié)范圍一般為60%～100%，單機(jī)功率一般不超過6000kW。

2.2 螺杄式壓縮機(jī)

螺杄式壓縮機(jī)具有可調(diào)范圍廣、操作平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)帯液工況。允許壓縮機(jī)在較高的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊;由于冷卻潤滑劑是連續(xù)流動(dòng)的，允許的單級(jí)壓縮比要高得多;減少或消除了流體（氣體）的脈動(dòng)，振動(dòng)較小;可實(shí)現(xiàn)髙轉(zhuǎn)速和高壓縮比，有助于最大限度地獲得可用的生產(chǎn)功率。缺點(diǎn)是單機(jī)排量小、大輸量下機(jī)組數(shù)量多，操作和運(yùn)行維護(hù)不方便。

螺桿式壓縮機(jī)：用于中低壓力及中小排氣量，油氣田用螺桿壓縮機(jī)一般排氣量不超過5000m3/h，排氣壓力3MPa以下，流量調(diào)節(jié)60%～100%，單機(jī)功率一般不超過1500kW。

2.3 離心式壓縮機(jī)

離心式壓縮機(jī)具有輸氣量大，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低，機(jī)組尺寸小，使用壽命長，維修工作量小的特點(diǎn)。適用于氣體流量大、氣量波動(dòng)幅度小，排氣壓力為中低壓的使用場合。

離心式壓縮機(jī)：用于進(jìn)氣流量2000m3/h以上，排氣壓力50MPa以下，流量調(diào)節(jié)范圍一般為70%～100%，單機(jī)功率不低于2000kW。見表1。

表1 常用壓縮機(jī)型式對比[2]

3 天然氣壓縮機(jī)選型方案比較

天然氣氣量較大，壓力過低，需要進(jìn)行增壓才能回收利用，根據(jù)項(xiàng)目情況，往復(fù)式和離心式壓縮機(jī)均能滿足選型要求[3]?？紤]到壓縮機(jī)的穩(wěn)定操作及裝置的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，有以下三種方案可供選擇:

方案一: 五臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)（單臺(tái)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)工況250×104Nm3/h）

設(shè)置5 臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)，單臺(tái)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)工況為250×104Nm3/h，1 級(jí)壓縮，4 開1 備。

表2 方案一往復(fù)式壓縮機(jī)

用電按照0.57元/度進(jìn)行計(jì)算。

油氣田站場最常用壓縮機(jī)是往復(fù)式壓縮機(jī)，單臺(tái)往復(fù)機(jī)相對便宜且供貨周期較短[4]。但由于往復(fù)式壓縮機(jī)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)周期較短，在輸氣領(lǐng)域使用往復(fù)式壓縮機(jī)通常需要進(jìn)行備機(jī)設(shè)置，因此當(dāng)氣量較大時(shí)多臺(tái)并聯(lián)占地面積較大，設(shè)備購置費(fèi)用也較高。

方案二: 兩臺(tái)離心式壓縮機(jī)（ 壓縮機(jī)設(shè)計(jì)工況為500×104Nm3/h，）

設(shè)置2臺(tái)離心式壓縮機(jī)，單臺(tái)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)工況為500×104Nm3/h，1 級(jí)壓縮。

表3 方案二兩臺(tái)離心式壓縮機(jī)

用電按照0.57元/度進(jìn)行計(jì)算。

針對方案一選用的多臺(tái)往復(fù)機(jī)并聯(lián)的缺點(diǎn)，離心機(jī)不需要備用，且設(shè)備購置費(fèi)明顯降低，占地面積也小，而且離心式壓縮機(jī)在壓縮天然氣過程中能夠完全做到對介質(zhì)沒有污染，通過干氣密封系統(tǒng)完全隔離潤滑油與介質(zhì)的接觸，采用兩臺(tái)500×104Nm3/h的離心機(jī)，相對比方案一設(shè)備投資少，占地面積小，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。

4 結(jié)束語

方案一和方案二進(jìn)行對比，設(shè)備購置費(fèi)用分析：方案一＞方案二；運(yùn)行費(fèi)用分析：方案一＞方案二；占地面積分析：方案一＞方案二。在本項(xiàng)目中，離心式壓縮機(jī)相比往復(fù)式壓縮機(jī)有著投資費(fèi)用少、節(jié)約用地和維修費(fèi)用低等優(yōu)勢，滿足長期運(yùn)行要求，為本項(xiàng)目最優(yōu)方案。

由于該項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模較大，選用往復(fù)式壓縮機(jī)時(shí)數(shù)量較多，大大提高了設(shè)備購置費(fèi)用及運(yùn)行成本，選用離心式壓縮機(jī)就更有優(yōu)勢。

實(shí)際生產(chǎn)中，需要綜合氣量、操作彈性和經(jīng)濟(jì)性綜合分析，對比各種選型方案的優(yōu)缺點(diǎn)，選用合適的壓縮機(jī)機(jī)型。