孫曉寶 （大慶油田工程有限公司）

西三線西段工程壓縮機組選型及節(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（千克標準煤），主要耗能設備有壓縮機組、空壓機、空冷器等。為了更好地貫徹國家“節(jié)能降耗”的政策，達到節(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，采用了高效壓縮機組、變頻電動機，同時優(yōu)化空冷器、空壓機、過濾分離器、閥門等設備選型，統(tǒng)籌考慮工藝管道布置。采取上述措施后，在設計輸量運行時單位周轉(zhuǎn)量能耗為152.7 kgce/（107m3·km），綜合能耗低于西二線西段工程，其能效指標處于國內(nèi)先進水平。

壓縮機；電驅(qū)；效率；能效指標

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?。ㄗ灾螀^(qū)），與西二線并行，線路總長2459 km，管道設計年輸量300×108Nm3/a（標準立方米每年），管徑1219 mm，設計壓力12 MPa。西三線西段共設置17座工藝站場，69座閥室。本工程消耗的主要能源為電力和天然氣，而主要耗能設備為壓縮機組、空壓機、空冷器等，其規(guī)格與數(shù)量詳見表1。

表1 主要耗能設備

1 壓縮機組選型

1）壓縮機類型選擇。壓縮機組是壓氣站的核心，壓縮機組選擇的合理性將直接影響工程投資和管道運行的效益及穩(wěn)定性。天然氣長輸管道用壓縮機主要分為離心式和往復式壓縮機兩種類型。

離心式壓縮機排量大、運行效率高，流量平穩(wěn)，與原動機可直接連接，維護費用少；但調(diào)節(jié)流量范圍相對較小，單級壓比較低，主要應用于輸氣干線或輸氣規(guī)模較大的長輸管道。

往復式壓縮機效率高、壓比高，對進氣壓力的穩(wěn)定性要求較低，無喘振現(xiàn)象；但排量相對較小，連續(xù)運轉(zhuǎn)性能不好，維護工作量和工作強度大，維護費用高，主要應用于儲氣庫和輸氣規(guī)模較小的長輸管道。

綜合考慮離心式壓縮機和往復式壓縮機的上述特點，結合本工程輸氣規(guī)模大、壓比低的實際情況，采用了離心式壓縮機。

2）驅(qū)動方式選擇。離心式壓縮機屬速度型機組，必須在高速下才能有效工作。天然氣長輸管道大功率壓縮機主要采用燃氣輪機和變頻電動機驅(qū)動。二者在技術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、能耗價格，通過電驅(qū)或燃驅(qū)經(jīng)濟比選，確定了最經(jīng)濟的方案——全線共設置了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)合運行，也可獨立運行。

3）備機設置。根據(jù)系統(tǒng)可用率分析及系統(tǒng)失效分析結果，推薦西三線西段9座壓氣站均設置1臺備用機組，其余5座壓氣站均按預留1臺機組位置進行設計，暫不增設備機。

4）壓縮機組效率要求。本工程選定的壓縮機組采用變頻調(diào)速電動機驅(qū)動，降低電耗量。該類型壓縮機組效率與流量、電動機負荷率的關系如圖1、圖2所示。

圖1 壓縮機組效率與流量關系

圖2 壓縮機組效率與電動機負荷率關系

從圖1、圖2可以看出，隨著工藝氣流量的增大，電動機負荷率的增高，機組效率也隨之逐漸升高。在設計工況附近，被測機組效率大于75%，滿足SYT 6837—2011《油氣輸送管道系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》中要求[1]，具體數(shù)值詳見表2。

表2 天然氣壓縮機組技能監(jiān)測項目與指標要求

本工程采用效率較高的燃氣輪機、電動機和壓縮機。經(jīng)計算，采用離心式壓縮機時，壓縮機效率可達87%；采用燃氣輪機驅(qū)動時，機組效率可達38%～41%；變頻電動機效率可達95%[2]，有效減少了耗電量和耗氣量。

2 工藝系統(tǒng)和配套設備節(jié)能措施

2.1優(yōu)化出站溫度

在壓氣站設置后空冷器，減少壓氣站出站壓力損失；合理選擇空冷器負荷，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，按運行日輸量計算管道總的耗電、耗氣，開展經(jīng)濟比較，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設備選用和配管布置

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

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

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

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

3 節(jié)能降耗效果

3.1綜合能耗計算

此工程的綜合能耗計算[3]見表3。

表3 綜合能耗計算

3.2與其他工程的能耗對比

本工程的設計輸量和線路長度與西二線西段類似，選取西二線西段管線進行能耗對比，詳見表4。

表4 輸氣管道能耗對比

4 結論

1）在相同設計輸量、設計壓力、管徑以及相近的管線長度條件下，西三線西段無分輸用戶，而西二線西段存在11個分輸用戶，分輸量為36.5×108m3；因此，西三線西段的周轉(zhuǎn)量遠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，而西二線由于受當時電網(wǎng)建設規(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。

在設計輸量運行時，該項目單位周轉(zhuǎn)量能耗為152.7 kgce/（107m3·km），其能效指標處于國內(nèi)先進水平。

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

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

[3]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.綜合能耗計算通則：GBT 2589[S].北京：中國標準出版社，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)于大慶石油學院（油氣儲運工程專業(yè)），從事油氣儲運設計工作，E-mail：41973341@qq.com，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)大慶油田設計院管道所，163712。