影响管道压缩机选型的几个因素

杜培恩 李 山

(1.胜利油田勘察设计研究院有限公司 山东东营) (2.中国石化天然气分公司 北京)

影响管道压缩机选型的几个因素

杜培恩1李 山2

(1.胜利油田勘察设计研究院有限公司 山东东营) (2.中国石化天然气分公司 北京)

随着我国天然气管道建设高峰的到来,管道压缩机的需求急剧增加。文章主要探讨管道压缩机在选型过程需要考虑的几个基本因素及采购中应注意的相关事项,以便更好地做好管道工程压缩机的选型及采购等工作。

管道压缩机;选型因素;采购注意事项

0 引 言

目前,长距离天然气输送管道上使用的压缩机主要是离心压缩机和往复压缩机,一般往复压缩机主要应用在高压力、小流量的增压注气场合,相反,离心压缩机一般应用在低、中压力及大流量的长输增压场合[1]。本文主要围绕管道离心压缩机展开探讨。

1 管道压缩机选型时需要考虑的基本因素

天然气管道的生命周期一般为30年左右,当然也有部分地区的天然气管道因维护较为完备、及时对腐蚀严重的管段实施更换,寿命超过30年仍在服役。管道压缩机作为长输管道的核心设备,如何让其在管道生命周期中充分发挥作用?这就需要我们结合管道压缩机的运行特点,在压缩机最初的设计选型时全面充分地考虑长输管道的运行基本因素,以及压缩机的安全性、适应性、经济性和先进性,使压缩机的功能和寿命在管道生命周期中的各个运行阶段得以充分利用和延长。

管道压缩机不同于化工工艺压缩机,其在长输管道运行过程中主要有以下特点。

1.1 气量、压力变化范围要求较宽

管道压缩机在天然气管道生命周期内要承担的气量、压力是不断在变化的,这些变化既有气田达产过程形成的气量及压力逐步提升的阶梯型变化,也有调节季峰和日峰需求的规律性变化,因此管道压缩机在选型时首先要考虑气量和压力的因素影响。

天然气管道在其生命周期之内要经历投运、增产、达产、减产、报废等环节,而建设在管道上的压气站同样要适应其服役期内的各种工况。这就要求天然气管道压缩机能适应较宽的流量范围、压力波动范围等。

我国天然气政策明确规定,要优先发展城市燃气[2],即包括居民用气、工业用气、天然气汽车。而城市燃气的一个显著特点就是冬夏季用量相差大,每周7天、每天24小时用量同样存在很大差距,这种不稳定用气反馈到管道压缩机上,就要求压缩机处理的气量、压力等随之出现一定范围的波动。当然,这其中还要看天然气供需双方签订的合同内容及相应的约束,一般输送气田气的天然气管道不承担日峰和小时峰,但输送LNG气化后的天然气管道往往承担日峰。

国内已经投产运行的输送气田气的天然气管道,像西气东输等管道一般承担下游城市燃气用户的季节峰,但也往往需要气田增供或者开启金坛储气库。即西气东输往往具备输送高峰月的天然气需求量,但在高峰月比年均月增加的供量需要气田或者储气库给予解决。

而已经投产的输送LNG气化气的天然气管道,像大鹏LNG外输管道一般承担起城市用户的季节峰和日峰等。即LNG接收站需要在高峰月时增大供量,通过外输管道输送到用户;而调日峰时往往是LNG接收站增加供量的同时输气管道也利用下游用户的用气压力波动储存一部分天然气,待下游用户出现日峰时联合供给下游用户。

1.2 输送气质组分的变化

随着我国天然气管道建设,已经实施的管道工程或规划实施的管道工程为确保天然气用户的用气稳定性和安全性,往往需要互联成网,改建或扩建管道的接入,会由于各种气田生产的天然气组分不同,造成混合后的气体组分发生变化,同时,长输管道沿线储气库的建设,注入储气库的天然气受到地层中含水量和含油量的影响,回输前虽然进行了脱水、脱烃处理,但气体组分也发生了改变。因此,长输管道输送的天然气组分与设计技术文件中的工艺气组分存在差别。此时就要求管道压缩机能适应混合多种组份的天然气,在压缩机机选择材质和热处理过程中应充分考虑不同组分气体的影响。在压缩机设计和选型应考虑到这一点,立足于管网的长远规划,提高压缩机组输送介质的适应范围。

当然,一般情况下,只要混合的天然气中不含有腐蚀性介质、且天然气的密度变化较小,对于选定的管道压缩机影响较小。否则,将影响管道压缩机的出力、甚至压缩机的寿命。

1.3 输送气质温度变化

当上游来气压力较低,而下游压力需求又较高、但气量又与设计工况偏差较大时,因为增压的天然气压比较大,将导致压缩机出口温度较高,甚至高过一般压缩机所能承受的出口温度时将影响压缩机的叶轮寿命、乃至破坏压缩机材料性能。

为保证选择的管道压缩机适应较宽的范围,一般需要结合工艺分析的情况,确定压缩机进/出口的流量、压力、温度参数,以保证管道压缩机在服役期内能有较强的适应性。

2 管道压缩机成套模式及相关问题

2.1 压缩机成套方式

在实际项目运行中,为便于项目的顺利实施,可以采用成套采购模式,即通过相应的前期工作,确定压缩机和驱动机短名单,再由两者进行相互沟通,拿出相应的技术方案,但需要之前明确彼此之间相互保密、最好签署保密协议,防止串标等恶性事件发生。对于经验稍欠缺或者为加快项目进度,由压缩机或者驱动机供货商实现成套供应,该方案的缺点是成套商要从中拿走一部分管理费或者成套费,投资相对较高,但可以省掉大部分的协调、衔接等工作。

一般电驱压缩机由压缩机供货商成套,而燃气轮机驱动的压缩机可由燃气轮机供货商成套。

2.2 管道压缩机定型应注意的问题

在一个项目压缩机采购前期准备的过程中都是要跟压缩机厂家进行充分的技术交流,交流的过程中有以下几点应该值得注意:

1)全面考虑整个输气管道所有可能运行的工况点,厂家应根据所有的工况点对压缩机进行选型,尽可能使所有工况点在压缩机的高效区内运行。

2)设计一定要对压气站所在地区的边界条件进行确认,这是压缩机驱动方式选择的前提。如果边界条件不能准确确认,将影响整个压缩机组的配置。例如:选择燃气轮机或燃气发动机作为驱动机,必须提供压气站的海拔高度,大气温度和相对湿度;选择电机作为驱动机,必须了解当地电网供电条件和变频电机对电网的谐波干扰。

3)被压缩介质的组份和特性。要明确气体组份,尤其是腐蚀性气体组份的含量,例如二氧化碳和硫化物在湿气中的含量,直接影响到压缩机材料的选择。与压缩机接口处的法兰管材的材质、执行标准以及壁厚是否可以按照规范要求进行焊接。

4)根据以往场站设计经验,给出站场流程图,明确供货范围。明确供货范围对于接下来的设计联络将至关重要。它将决定哪些是厂家需要提供的,哪些是需要我们进行设计,买方提供的,分工明确。比如压缩机所有接口法兰就要明确哪些应该是厂家提供,哪些由买方提供,有些需要配对提供,这些都应该有一个明确的规定。

2.3 项目执行中可能存在的问题

压缩机成套供货商主要出现的问题一般都是围绕供货界面展开的,主要的问题有:

1)干气密封中隔离气的管道材质及过滤器设置问题。隔离气一般采用的是仪表风,而按照国内石油化工仪表风设计规范要求,输送仪表风的管路采用镀锌钢管即可,但国内输气管道工程设计规范明确压缩机仪表风管道采用不锈钢材质。同时,因仪表风到压缩机之间距离较远,需要在进压缩机组前增加过滤,将空压机到压缩机之间的管道部分杂质过滤掉;但在技术采购文件中应明确且要求由供货商供应隔离气精细过滤,以保护压缩机干气密封系统。

2)干气密封主密封的管道材质及阀门设置问题。第一台压缩机启动后,为方便后来启动的压缩机,从压缩机出口管线取气接到主密封盘上以便后来机组的启动。为方便控制及检修,需要在压缩机出口管道引出的干气密封支管线上设置阀门。对于该段管道材质,按照输气管道工程设计规范需要采用不锈钢,保证与供货商供应的干气密封盘上的不锈钢管道的可焊性。

3)在技术规格书中明确接口处法兰或者管道材质的要求,尤其是要注意在同供货商签订技术合同时要格外注意供货商是否明确且采用了与技术规格书中一致的材质及法兰标准等。

4)如果应急供油方式采用的是高位油箱,需要设计单位尽快明确主油箱到高位油箱之间的管路走向,以便供货商核算管径及管长等。

5)如果输送的气体中含有酸性介质,需要明确要求供货商叶轮的转子、定子部分采用特殊的抗酸材质。

6)在技术合同中一定要明确供货商需要外排的接口统一汇到一起、需要接入的接口汇到一起,以便减少压缩机房内管道配管数量,便于实现压缩机房内管道的合理布局。

7)电驱压缩机中,电动机端需要冷却水的接入或者接出,需要明确供货商采用柔性接口,或者设计单位提出柔性连接的部件等。

8)压缩机组自身对于外部接入的水、气、风等都有相应的信号可以远传到压缩机控制盘上,同时可以要求供货商也将接口处的数据上传到站场控制室,省去在接口处单独接出信号。

9)在配管时应注意的问题:

(1)配管接口界面材质的要求,例如:压缩机供货商或者API617、API614、G B50251中有明确规定的材质要求,要按其相应的要求执行。

(2)配管中所用管材的规格,为保证供货商供应的管材与甲方供应的材料良好对接,应明确相应的执行标准。

(3)配管中动应力对基础等的影响,压缩机作为一种旋转设备,在运行时将产生一定的震动,为防止机组运行导致基础开裂、配管断裂等事故发生,需要在设计中充分与供货商结合,在获取到供货商的各个方向的应力之后,进行应力分析。

(4)压缩机进出口支架的选择,一般供货商建议采用弹性支架,防止压缩机震动对配管、机组等的影响,建议经过材料应力分析后确定支架的形式。因为压缩机一旦振动较为厉害,即使采用弹性支架也难以解决该问题,此时需要压缩机重新返厂进行动平衡试验。

3 结 论

通过以上分析可以看出,管道压缩机的工作范围确定依赖于详细的工艺分析,而管道压缩机采购中的一些细节问题的出现往往需要在技术合同谈判阶段尽早避免。

[1] 黄春芳.天然气管道输送技术[M].北京:中国石化出版社,2009

[2] 国家发改委.天然气产业政策.2007(资料)

Some factors of pipeline compressor selection.

Du Peien and Li Shan.

With the upsurge of gas pipeline construction in our country,demand of pipeline compressor will rapidly increase.This paper mainly discuss how to make sure the working scope of pipeline,and what should be pay more attention during procurement,in order to do better during compressor selection and procurement and so on.

pipeline compressor;model selection factor;procurement matters needing attention

TE832

B

1004-9134(2011)05-0033-03

杜培恩,男,1978年生,2003年毕业于山东建筑大学,同年到胜利油田勘察设计研究院有限公司从事油气储运设计工作。邮编:257000

2011-04-15编辑姜 婷)

PI,2011,25(5):33～35

·开发设计·