黃敦翔（大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司徐深9天然氣凈化處理廠，黑龍江 大慶 163000）

天然氣增壓站經(jīng)濟(jì)優(yōu)化：壓縮機(jī)運(yùn)行

黃敦翔（大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司徐深9天然氣凈化處理廠，黑龍江 大慶 163000）

本文主要對(duì)天然氣增壓站內(nèi)的離心式壓縮機(jī)的運(yùn)行原理和控制方式進(jìn)行了深入的分析，并且在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)壓縮機(jī)與管道系統(tǒng)的運(yùn)行情況與壓縮機(jī)的控制之間的聯(lián)系進(jìn)行了深入探究，同時(shí)分析了不同布置方式的壓縮機(jī)組的工作效率差異，為天然氣增壓站內(nèi)壓縮機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)營提供了較為豐富的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

天然氣；增壓站；經(jīng)濟(jì)優(yōu)化；壓縮機(jī)

1 壓縮機(jī)的運(yùn)行機(jī)理

在天然氣增壓站的日常運(yùn)營過程中，增壓站內(nèi)壓縮機(jī)的具體布置以及設(shè)備的選型都與壓縮機(jī)受到的壓力及其流量有很大的關(guān)系。在站內(nèi)壓縮機(jī)的布置方式上，究竟是選擇并聯(lián)布置還是串聯(lián)布置，主要取決于壓縮機(jī)的穩(wěn)態(tài)氣動(dòng)性能、瞬時(shí)功率以及采取何種備用方案和潛在的輸量增長能力等因素，同時(shí)燃料氣的消耗與排放也受到驅(qū)動(dòng)機(jī)的滿負(fù)荷功率、部分負(fù)荷功耗等因素影響，而壓縮機(jī)排放的溫室氣體量也與其整體運(yùn)行效率密切相關(guān)。

壓縮機(jī)不僅會(huì)影響系統(tǒng)中的單個(gè)壓氣站，同時(shí)也會(huì)影響整個(gè)管道系統(tǒng)和備用機(jī)組。在管道系統(tǒng)中的壓縮機(jī)組的數(shù)量對(duì)系統(tǒng)的利用率、燃料的消耗量以及系統(tǒng)的工作效率都有很大的影響。在實(shí)際運(yùn)行過程中，針對(duì)不同的荷載分布采取不同數(shù)量的壓縮機(jī)組。

壓縮機(jī)組的運(yùn)行點(diǎn)是由驅(qū)動(dòng)機(jī)的功率、壓縮機(jī)組的工作特性和整個(gè)系統(tǒng)的整體運(yùn)行系統(tǒng)綜合決定的。在壓縮機(jī)的運(yùn)行過程中，其控制方式主要有變轉(zhuǎn)速控制、入口的導(dǎo)葉控制、出口或者入口的節(jié)流控制以及回流控制等方式。

在變轉(zhuǎn)速控制方式可行的前提下，一般優(yōu)先選擇這種方式作為壓縮機(jī)的控制方式，且常常通過打回流的方式來擴(kuò)大調(diào)節(jié)的范圍。在進(jìn)站的流量低于最低流量的情況下，就需要采取打回流的方式進(jìn)行輔助控制。

壓縮機(jī)的實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)是由壓縮機(jī)系統(tǒng)的壓力比與流量的關(guān)系決定的。在制冷系統(tǒng)中，壓縮機(jī)上游的分離器壓力決定其進(jìn)口的壓力，另外壓縮機(jī)的出口壓力要與管道背壓相適應(yīng)。

在管道系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)機(jī)的輸出功率決定了壓縮機(jī)的工作點(diǎn)，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)來說，管道系統(tǒng)的工作特性和燃?xì)獍l(fā)生器的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了其輸出功率的大小。如果需要增加管道的運(yùn)輸量，就需要采用更大輸出功率和壓縮機(jī)的壓頭。

壓縮機(jī)的運(yùn)行條件常隨著時(shí)間的改變而改變，其主要原因是隨著氣體的壓力降低、管道系統(tǒng)形成了并聯(lián)的回路以及管道輸送能力的提升等。當(dāng)另一條并聯(lián)的管道建設(shè)好以后，管道系統(tǒng)的工作特性就會(huì)改變，從而可以實(shí)現(xiàn)在保持壓頭不變的前提下使管道的運(yùn)輸能力提高。

因此，變轉(zhuǎn)速的驅(qū)動(dòng)機(jī)能夠使壓縮機(jī)在一個(gè)比較大的范圍內(nèi)運(yùn)行。如果需要采用定轉(zhuǎn)速的驅(qū)動(dòng)機(jī)，就要采取打回流的方式、在出口或者入口進(jìn)行節(jié)流等方式來應(yīng)對(duì)工況的實(shí)時(shí)變化。在進(jìn)行節(jié)流時(shí)，由于這些方式不是很節(jié)能，在節(jié)流時(shí)需要使用比實(shí)際運(yùn)行所需壓頭更大的壓頭，因而消耗了更多的能量。

2 壓縮機(jī)的備機(jī)要求和運(yùn)行的靈活性

在壓縮機(jī)的實(shí)際運(yùn)行過程中，需要對(duì)在不同方案下運(yùn)行的機(jī)組的靈活性進(jìn)行分析，研究機(jī)組在每個(gè)季度、每個(gè)月、每天、每小時(shí)的用氣需求變化，并且結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境分析燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)際輸出功率[1]。在不同的工況條件下，都需要克服由于轉(zhuǎn)速限制而導(dǎo)致壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的改變。因此，在極端低溫環(huán)境下，燃?xì)廨啓C(jī)需要克服的限制就越大。

在機(jī)組的運(yùn)行過程中，可以從不同的層面去解決機(jī)組的靈活性，如可以使驅(qū)動(dòng)機(jī)以及壓縮機(jī)在較大的工作范圍內(nèi)運(yùn)行，也可以使用多臺(tái)小型機(jī)組去代替一臺(tái)大型機(jī)組，同時(shí)還可以改變機(jī)組的布置方式，可將串聯(lián)布置改為并聯(lián)布置。

在油氣行業(yè)的中上游產(chǎn)業(yè)鏈中，常常需要在較大范圍的運(yùn)行工作點(diǎn)讓機(jī)組運(yùn)行，因此，機(jī)組的運(yùn)行點(diǎn)有可能會(huì)隨著時(shí)間的變化而發(fā)生變動(dòng)。而在其他工況條件下，在儲(chǔ)氣或者采氣等工況條件下，機(jī)組的運(yùn)行點(diǎn)就主要受發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率限制。在儲(chǔ)氣工況中，由于需要在盡可能短的時(shí)間內(nèi)把儲(chǔ)氣庫注滿，因此需要讓發(fā)動(dòng)機(jī)全速運(yùn)行，針對(duì)這種工況，可以先讓兩臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，在后期再讓讓兩臺(tái)機(jī)組串聯(lián)運(yùn)行。

壓縮機(jī)組在運(yùn)行過程中由于各種故障導(dǎo)致停機(jī)會(huì)導(dǎo)致比較慘重的經(jīng)濟(jì)損失，因此在實(shí)際的機(jī)組配置中，需要考慮增加備用機(jī)組，可在每一個(gè)壓氣站里均配備一套備用機(jī)組，也可只在其中的某幾個(gè)站點(diǎn)配備。在整個(gè)管道系統(tǒng)中，一臺(tái)或者幾臺(tái)機(jī)組的停工不會(huì)立即對(duì)總產(chǎn)氣量產(chǎn)生顯著影響。因此，在需要對(duì)壓縮機(jī)組進(jìn)行維護(hù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量選擇在產(chǎn)氣量需求較低時(shí)進(jìn)行。

如果壓氣站內(nèi)沒有備用機(jī)組或者兩臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行時(shí)，這時(shí)就需要將兩臺(tái)機(jī)組串聯(lián)運(yùn)行，因?yàn)檫@樣的布置方式效率會(huì)更高。當(dāng)一臺(tái)機(jī)組失效停工后，就需要把防喘閥打開，然后另一臺(tái)機(jī)組就可繼續(xù)正常運(yùn)行，這樣的布置方式比并聯(lián)布置可保持更高的流量。如果壓氣站內(nèi)有多臺(tái)機(jī)組串聯(lián)或者并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，可以通過對(duì)站與站之間或者機(jī)組與機(jī)組之間的負(fù)荷進(jìn)行重新分配，從而達(dá)到優(yōu)化的效果。

一般來說，負(fù)荷不變的情況下，壓縮機(jī)的工作效率越高，其功耗也就越低，其根本原因是不同工作效率的壓縮機(jī)，其工作時(shí)的機(jī)械損失基本相同，效率越高，壓縮機(jī)在單位工作時(shí)間的能耗自然也就越低。

3 結(jié)語

綜上所述，本文主要對(duì)離心式壓縮機(jī)的運(yùn)行原理和控制方式進(jìn)行了深入的分析，在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)壓縮機(jī)與管道系統(tǒng)的運(yùn)行情況與壓縮機(jī)的控制之間的聯(lián)系進(jìn)行了深入探究，同時(shí)分析了不同布置方式壓縮機(jī)組的工作效率差異，為天然氣增壓站內(nèi)壓縮機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)營提供了較為豐富的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

[1]Rainer Kurz,Matt Lubomirsky.天然氣增壓站經(jīng)濟(jì)優(yōu)化:成本影響因素[J].天然氣與石油,2015,33(1):25-31.