徐川

摘 要：壓縮機(jī)是長(zhǎng)距離輸氣管道工程中的關(guān)鍵設(shè)備，本文介紹了其在榆林-濟(jì)南輸氣管道工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：離心式;壓縮機(jī);影響因素

隨著社會(huì)的發(fā)展，能源需求量日益增大，各類(lèi)能源的開(kāi)發(fā)程度也逐漸加大。為了適應(yīng)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，并響應(yīng)國(guó)家“節(jié)能減排”的號(hào)召，天然氣作為清潔能源在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的地位越來(lái)越高，各類(lèi)大型氣田也隨之不斷開(kāi)發(fā)。壓縮機(jī)作為重要的能源轉(zhuǎn)換機(jī)器，在輸氣管道工程中是必不可少的。為了應(yīng)對(duì)上游氣源的不斷開(kāi)發(fā)上產(chǎn)、下游用戶需求量的不斷增加以及山東管網(wǎng)的規(guī)劃要求，榆濟(jì)管道分公司在榆林首站設(shè)置了壓縮機(jī)對(duì)天然氣進(jìn)行加壓輸送。本文針對(duì)該工程介紹了離心式壓縮機(jī)在長(zhǎng)距離輸氣管道工程中的應(yīng)用。

1 壓縮機(jī)簡(jiǎn)介

壓縮機(jī)是壓氣站工藝裝置中的關(guān)鍵設(shè)備，天然氣長(zhǎng)輸管道常用壓縮機(jī)主要分為：離心式、往復(fù)式兩種。

相較于往復(fù)式壓縮機(jī)的大尺寸、小排量、氣流有脈動(dòng)且大噪聲，離心式壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有：排量大、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外形尺寸小、運(yùn)行效率高、流量平穩(wěn)、噪聲小、操作靈活、使用壽命長(zhǎng)及維護(hù)費(fèi)用少等。另外，氣體在被壓縮過(guò)程中不與機(jī)械潤(rùn)滑油接觸，保證了輸送氣體的質(zhì)量。但是，其也有易發(fā)生喘振、單級(jí)壓比較低的不足。

針對(duì)流量較大、壓比較低的工程，從運(yùn)行原理、壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行維護(hù)保養(yǎng)、環(huán)保、可靠性能及潤(rùn)滑油損耗和污染等技術(shù)性能上，采用有較強(qiáng)適應(yīng)性、運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)等特征的離心式壓縮機(jī)能夠更好地滿足實(shí)際需要。

1.1 工作原理。在葉輪葉片的旋轉(zhuǎn)做功下，氣體進(jìn)入腔體后動(dòng)能、勢(shì)能均得到提高。接著在流通截面逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓器中氣體由于擴(kuò)張速度下降，此時(shí)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能。隨后氣流通過(guò)彎道、回流器由離心方向改變?yōu)橄蛐姆较蚓鶆蜻M(jìn)入下一級(jí)。最后氣體在末級(jí)擴(kuò)壓器后進(jìn)入蝸殼（由于蝸殼曲率半徑及流通截面的逐漸擴(kuò)大，它也有降速擴(kuò)壓的作用）匯集并引出壓縮機(jī)。

1.2 性能曲線。離心式壓縮機(jī)的性能曲線的影響因素，主要包括級(jí)數(shù)的影響和轉(zhuǎn)速的影響。離心式壓縮機(jī)的性能曲線是多級(jí)性能曲線，由各單級(jí)性能曲線“疊加”而成。

喘振工況點(diǎn)（最小流量工況點(diǎn)）： （Qmin）末級(jí)>（Qmin）第一級(jí)

當(dāng)Qs>Qd時(shí)，沖角θ為負(fù)，葉片工作面產(chǎn)生邊界層分離，但比較穩(wěn)定，不易繼續(xù)發(fā)展，影響不大;

當(dāng)Qs發(fā)生喘振的內(nèi)因是流量過(guò)小，導(dǎo)致機(jī)內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重的“旋轉(zhuǎn)分離”;外因是下游管網(wǎng)壓力高于排氣壓力，造成氣體倒流。喘振發(fā)生后，機(jī)組會(huì)強(qiáng)烈振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞密封、軸承等部件，甚至損壞整套機(jī)組。在實(shí)際的本工程榆林首站，不會(huì)觀察到這種振蕩現(xiàn)象，因?yàn)楸菊静捎玫倪M(jìn)口壓縮機(jī)的制造工藝水平、邏輯控制系統(tǒng)都非常成熟，其機(jī)組出口設(shè)有一路冷旁通流程

堵塞工況點(diǎn)（最大流量工況點(diǎn)）：（Qmin）末級(jí)>（Qmin）第一級(jí)

當(dāng)Qs增大到一定程度（此時(shí)θ為負(fù)），摩阻損失、沖擊損失、波阻損失等都將迅速增大，以至于理論能頭全部被消耗在各種損失上，氣體壓力得不到提高，流量也就不能繼續(xù)增大。

2 壓縮機(jī)的應(yīng)用

中國(guó)石化榆林中國(guó)石化榆林—濟(jì)南輸氣管道工程是國(guó)家“十一五”重點(diǎn)工程，設(shè)計(jì)全長(zhǎng)約1045km ，設(shè)計(jì)年輸量30×108m3。管線東西橫穿毛烏素沙漠邊緣、黃土高原、呂梁山脈、太岳山脈、太行山脈等復(fù)雜地段，起于陜西榆林，止于山東濟(jì)南。全線共設(shè)置12 座站場(chǎng)，其中首站（壓氣站）1 座、輸氣站11 座;管道沿線設(shè)線路截?cái)嚅y室共40 座，其中RTU 閥室8 座。

電驅(qū)離心式壓縮機(jī)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于天然氣長(zhǎng)輸管道，榆濟(jì)首站作為榆林—濟(jì)南輸氣管道現(xiàn)有的唯一一座壓氣站，擔(dān)負(fù)著接收上游來(lái)氣并增壓外輸?shù)娜蝿?wù)，采用的即是該類(lèi)壓縮機(jī)。隨著陜、晉、豫、魯四省經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對(duì)一次能源的需求量呈跨越式增長(zhǎng)，以及“十二五”期間，鄂爾多斯天然氣、大牛地氣田持續(xù)增儲(chǔ)上產(chǎn)，“十二五”末氣田產(chǎn)量將大幅增加，目前榆濟(jì)管道正在進(jìn)行增壓擴(kuò)能建設(shè)，設(shè)計(jì)輸量將達(dá)到50×108m3。

榆林首站已配備了3 臺(tái)由G E新比隆公司制造的BCL355型離心式壓縮機(jī)，以及ABB公司生產(chǎn)的AMI710L4LBSPFM 型變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

壓縮機(jī)組運(yùn)行方式如下：

2010年12月15日至2011年4月7日，總輸氣量575×104m3/d～

645×104m3/d，2用1備;

2011年4月7日至2011年11月30日，總輸氣量515×104m3/d～

565×104m3/d，1用2備;

2011年11月30日至2012年3月25日，總輸氣量590×104m3/d ～670×104m3/d，2用1備。

不過(guò)，隨著上游氣源的不斷增產(chǎn)，回流比越來(lái)越小，能耗逐漸降低。所以，大型壓氣站投運(yùn)后，在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行的前提下，不斷優(yōu)化壓縮機(jī)組的運(yùn)行方案影響著業(yè)主單位的運(yùn)營(yíng)成本。

3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 壓縮機(jī)組工藝流程。①正常流程。②越壓縮機(jī)流程。③防喘振流程。當(dāng)輸氣量較小時(shí)，氣體通過(guò)壓縮機(jī)會(huì)發(fā)生喘振，需將空冷器出口的部分氣體通過(guò)防喘振閥回流至壓縮機(jī)入口，增大入口流量防止喘振發(fā)生。④熱/冷旁通流程。壓縮機(jī)緊急停車(chē)時(shí)，防喘振回路的氣體不能及時(shí)回流至壓縮機(jī)入口，為防止壓縮機(jī)損壞，在壓縮機(jī)出口增加快速回流流程，保護(hù)壓縮機(jī)在緊急停車(chē)時(shí)不受損壞。⑤安全放空流程。壓縮機(jī)出口與空冷器之間設(shè)安全閥，當(dāng)壓縮機(jī)出口壓力高于設(shè)定值時(shí)，安全閥自動(dòng)起跳放空。⑥自動(dòng)放空流程。自動(dòng)放空流程由球閥、電動(dòng)放空閥和限流孔板組成，電動(dòng)放空閥接入站場(chǎng)ESD系統(tǒng)。當(dāng)站場(chǎng)觸發(fā)一級(jí)關(guān)斷時(shí)，ESD系統(tǒng)連鎖打開(kāi)該電動(dòng)放空閥，放空壓縮機(jī)區(qū)域管道內(nèi)的氣體。

3.2 壓縮機(jī)組配管。①榆林首站離心壓縮機(jī)采用的GE壓縮機(jī)為上進(jìn)上出的形式，進(jìn)出口管線上設(shè)置可拆卸短節(jié)以方便壓縮機(jī)檢修時(shí)的拆卸。②放空及輔助系統(tǒng)管線應(yīng)集中布置于在壓縮機(jī)房的同一側(cè)，另一側(cè)設(shè)置巡檢通道。③處于壓縮機(jī)房?jī)?nèi)的壓縮機(jī)出口管線應(yīng)進(jìn)行防燙，避免現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員被出口的高溫管線燙傷。④壓縮機(jī)組的就地放空管線末端應(yīng)下彎或設(shè)置防雨帽以防止雨水灌入;另外，還需安裝防護(hù)網(wǎng)，避免鳥(niǎo)蟲(chóng)進(jìn)入堵塞管線。

3.3 需注意的問(wèn)題。在榆林首站的設(shè)計(jì)、施工、投產(chǎn)過(guò)程中暴露了一些問(wèn)題。①循環(huán)冷卻水管線應(yīng)合理設(shè)置一定數(shù)量的放氣閥，以便于及時(shí)排出投運(yùn)時(shí)管道內(nèi)的空氣，防止冷卻水泵發(fā)生氣蝕而損壞。②循環(huán)冷卻水來(lái)、回水管線與機(jī)組的接口處應(yīng)采用軟連接，以減少管線震動(dòng)對(duì)機(jī)組產(chǎn)生的不良應(yīng)力。③輔助系統(tǒng)分支管線根部應(yīng)設(shè)置截?cái)嚅y，便于檢修維護(hù)時(shí)關(guān)斷。④室外地上的循環(huán)冷卻水管線應(yīng)設(shè)置保溫電伴熱，用以冬季防凍。⑤儀表風(fēng)管線、密封氣管線應(yīng)采用不銹鋼管。⑥當(dāng)壓氣站地處風(fēng)沙較大的地區(qū)時(shí)，壓縮機(jī)房應(yīng)設(shè)空氣過(guò)濾系統(tǒng)，通過(guò)風(fēng)機(jī)箱送入室內(nèi)，防止風(fēng)沙進(jìn)入。

4 結(jié)語(yǔ)

①離心式壓縮機(jī)的運(yùn)行特性受來(lái)氣條件（特別是來(lái)氣溫度）的影響較大，壓縮機(jī)廠商基于試驗(yàn)工況的特性曲線不能準(zhǔn)確反映現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的壓縮機(jī)性能來(lái)準(zhǔn)確指導(dǎo)生產(chǎn)。當(dāng)來(lái)氣條件變化時(shí)，應(yīng)對(duì)壓縮機(jī)組的運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化。②當(dāng)流量較小，壓縮機(jī)打回流運(yùn)行時(shí)，建議關(guān)小防喘閥開(kāi)度，以減小回流流量，降低能耗。③壓縮機(jī)是榆林首站、乃至榆濟(jì)管道的核心設(shè)備，由于氣源來(lái)氣壓力較低，天然氣必須增壓才能滿足外輸要求，因此，壓縮機(jī)能否順利投用直接影響到整個(gè)工程的成敗;同時(shí)，壓縮機(jī)組及輔助系統(tǒng)的投資比重非常大，占到了榆林首站總投資的80%左右，因此，壓縮機(jī)組及輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)尤為重要。