王鐵柱 李蓉 孟婉瑩 尤星 賈超(中石油長(zhǎng)慶油田公司第三采氣廠， 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300)

改善壓縮機(jī)進(jìn)氣工況措施探討

王鐵柱 李蓉 孟婉瑩 尤星 賈超(中石油長(zhǎng)慶油田公司第三采氣廠， 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300)

壓縮機(jī)的進(jìn)氣條件對(duì)壓縮機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行起著決定性作用，現(xiàn)行壓縮機(jī)的進(jìn)氣條件在固體雜質(zhì)、水分、溫度方面都有不足之處，造成許多壓縮機(jī)故障，如氣閥損壞、活塞環(huán)磨損造成排氣溫度高、活塞桿斷裂等。通過改善濾網(wǎng)、增加預(yù)熱換熱器、調(diào)節(jié)余隙容積等措施來改善壓縮機(jī)的進(jìn)氣工況，保證壓縮機(jī)安全平穩(wěn)運(yùn)行。

進(jìn)氣工況；活塞桿斷裂；改善濾網(wǎng)；進(jìn)氣溫度；余隙容積

1 天然氣壓縮機(jī)工作原理

往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)的工作原理：往復(fù)壓縮機(jī)是通過曲柄－連桿機(jī)構(gòu)將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，依靠缸內(nèi)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來改變工作腔容積，借以達(dá)到壓縮氣體提高氣體壓力的目的。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸通過連軸器帶動(dòng)壓縮機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓縮機(jī)曲軸通過連桿、十字頭、活塞桿帶動(dòng)活塞在氣缸內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)吸氣、壓縮的工作循環(huán)。當(dāng)活塞由外止點(diǎn)向內(nèi)止點(diǎn)(曲軸端)運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣缸容積增大，壓力減小，當(dāng)其壓力低于工藝氣進(jìn)氣壓力時(shí)，進(jìn)氣閥打開進(jìn)氣，而實(shí)現(xiàn)氣缸的吸氣過程，當(dāng)活塞到達(dá)內(nèi)止點(diǎn)時(shí)，吸氣過程結(jié)束。在曲軸的帶動(dòng)下，活塞在向外止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，氣缸容積減小，當(dāng)壓力大于工藝氣排氣壓力時(shí)，排氣閥打開排氣，而實(shí)現(xiàn)氣缸的壓縮排氣過程。

2 壓縮機(jī)進(jìn)氣分析

(1)過濾裝置 壓縮機(jī)進(jìn)氣洗滌罐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要用于分離較大的顆粒和液體，并不能分離出較小顆粒和液滴。所以來氣中的較小顆粒雜質(zhì)和小液滴會(huì)進(jìn)入壓縮機(jī)，造成壓縮機(jī)氣閥損壞，活塞環(huán)磨損，氣缸內(nèi)積水是引發(fā)活塞桿斷裂的原因之一。

(2)進(jìn)氣溫度 冬季壓縮機(jī)進(jìn)氣溫度平均在5～6℃，夏季壓縮機(jī)進(jìn)氣溫度平均在17～18℃。

若天然氣中不含任何雜質(zhì)，進(jìn)氣溫度低有利于壓縮機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，但是原料氣中含有輕烴水分等雜質(zhì)，在氣溫較低時(shí)，一部分氣體水合物以液體的形式進(jìn)入壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮后，在氣缸內(nèi)積存，當(dāng)液體達(dá)到氣缸的余隙容積時(shí)，活塞壓縮時(shí)造成液擊，活塞力瞬間大幅度增大，若活塞桿長(zhǎng)時(shí)間受到超過正常水平的拉伸力時(shí)，就會(huì)造成疲勞，最后斷裂。

3 改善壓縮機(jī)進(jìn)氣工況的措施

分別通過改善過濾分離，增壓換熱器，調(diào)節(jié)余隙容積來改善壓縮機(jī)的進(jìn)氣工況，保證壓縮機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。

(1)增加過濾分離裝置 由于預(yù)分離器主要用于分離段塞流和較大的固體顆粒，進(jìn)氣洗滌罐也是粗分離，不能滿足壓縮機(jī)對(duì)地區(qū)氣體的要求，所以增加過濾分離裝置有利于壓縮機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。

方案1：絲網(wǎng)聚結(jié)器和旋風(fēng)分離器組合

絲網(wǎng)聚結(jié)器是一種高效的氣液分離設(shè)備，它具有表面積大、重量輕、自由體積大、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，尤其對(duì)2～10微米的液滴有很強(qiáng)的除霧能力，以及其壓降小的特點(diǎn)使編織絲網(wǎng)聚結(jié)器有著廣泛的應(yīng)用。編織絲網(wǎng)、旋風(fēng)分離器、纖維絲床、葉片式慣性分離器在不同液滴直徑范圍、進(jìn)口氣流速度、流道直徑以及載液量的條件在達(dá)到相同分離效果的情況下，絲網(wǎng)除霧器有著最低的總壓損失，所以，在壓縮機(jī)進(jìn)氣洗滌罐中增加一套絲網(wǎng)聚結(jié)器將能很好地分離出進(jìn)氣中的水霧，起到較好效果。

對(duì)于氣體中的固體雜質(zhì)，可以在壓縮機(jī)進(jìn)口處加一旋風(fēng)分離器，根據(jù)旋風(fēng)分離器的粒級(jí)效率ηp來計(jì)算。

ηp=(C1i-C2i)/C1i

方案2：過濾分離器

在壓縮機(jī)入口前加過濾分離器，過濾分離器應(yīng)具有過濾段和分離段，并集合在一臺(tái)設(shè)備上?？梢猿ス艿乐袛y帶的液體，固體顆粒捕集效率應(yīng)大于等于99.9%，具有高納污量，長(zhǎng)檢修周期，低阻力，且運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

(2)增加預(yù)熱換熱器 由于冬季進(jìn)氣溫度較低，為了使氣體中的水合物不凝固，提高進(jìn)氣溫度到夏季水平，將有效減少水分進(jìn)入氣缸。

在壓縮機(jī)撬上加一預(yù)熱換熱器，采用管殼式換熱器，熱源采用壓縮機(jī)壓縮后未經(jīng)過空冷器的高溫排氣。不僅降低了空冷器的負(fù)荷，節(jié)約了能源，還有效提高了壓縮機(jī)進(jìn)氣溫度。設(shè)置換熱器旁通，冬季時(shí)，投用換熱器，將進(jìn)氣溫度提高到10℃以上，夏季時(shí)，用旁通管線。

換熱器選型不宜太大，只要將進(jìn)氣溫度提高到10℃即可，進(jìn)氣溫度過高會(huì)引起排氣溫度高，不利于壓縮機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。

(3)適當(dāng)增加余隙容積 壓縮氣體時(shí)，氣體中可能有部分蒸氣凝結(jié)下來。我們知道液體是不可壓縮的，如果氣缸中不留有余隙，則壓縮機(jī)不可避免地會(huì)遭到損壞。因此，在壓縮機(jī)氣缸中必須留有余隙。余隙存在以及殘留在余隙容積內(nèi)的氣體可以起到氣墊作用，也不會(huì)使活塞與氣缸蓋發(fā)生撞擊而損壞。同時(shí)，為了裝配和調(diào)節(jié)的需要，在氣缸蓋與處于死點(diǎn)位置的活塞之間也必須留有一定的余隙。壓縮機(jī)上裝有氣閥，在氣閥與氣缸之間以及閥座本身的氣道上都會(huì)有活塞壓縮排氣后殘留的余氣，這些余氣可以減緩氣體對(duì)進(jìn)出口氣閥的沖擊作用，同時(shí)也減緩了閥片對(duì)閥座及閥蓋的沖擊作用。氣缸中留有余隙就能給壓縮機(jī)的裝配、操作和安全使用帶來很多好處，但余隙留得過大會(huì)造成壓縮機(jī)的排氣量降低，效率下降。余隙容積可以有效地防止水擊，緩沖氣閥沖擊，保證機(jī)組安全，所以不能全部關(guān)閉。當(dāng)余隙容積太大時(shí)會(huì)造成處理量下降，浪費(fèi)發(fā)動(dòng)機(jī)功率，所以在實(shí)際情況中要適當(dāng)調(diào)節(jié)。

4 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)行壓縮機(jī)的進(jìn)氣條件有不足之處，通過文中的措施可以改善進(jìn)氣條件，減少壓縮機(jī)故障，實(shí)現(xiàn)機(jī)組長(zhǎng)期安全平穩(wěn)高效運(yùn)行。

[1]張湘亞.石油化工流體機(jī)械[J].山東：石油大學(xué)出版社 .1996.

王鐵柱(1988-)，男，漢，山東濰坊人，助理工程師，主要從事天然氣生產(chǎn)工作。