天然气电驱动压缩机机组能效测算

施玉霞 金 华 靳虎群 何福荣

中国石油化工股份公司河南油田分公司技术监测中心

天然气电驱动压缩机机组能效测算

施玉霞 金 华 靳虎群 何福荣

中国石油化工股份公司河南油田分公司技术监测中心

天然气电驱动压缩机是以电动机为动力，以提高天然气体压力或输送天然气体的机电设备，是气田集气处理系统、油田轻烃回收系统、天然气输送系统必不可少的关键设备之一。为了准确地反应天然气压缩机的能耗状况，规定测试时压缩机机组应稳定运行，排气量波动在±5%以内。测试期间内各种参数应同步进行测试，时间间隔一致，间隔时间应为5～15m in，测试时间不少于1 h。正平衡法、反平衡法测算压缩机机组效率所得结果相差很小，但反平衡测定方法过程比较复杂；正平衡的测算方法科学、实用，方便现场的实际应用。

天然气；电驱动；压缩机机组；效率

随着我国气田的不断增多，集气处理系统的压缩机能耗占气田总能耗的比例越来越大，开展油田天然气压缩机能效测算方法研究已成为当务之急。通过对油田用天然气压缩机能效的测算方法进行研究，可以发现影响天然气压缩机机组运行效率的因素，找出天然气压缩机机组本身及运行中存在的问题，对安全、经济运行、节约能源都具有重要意义。

1 工作原理

天然气电驱动压缩机是以电动机为动力，以提高天然气体压力或输送天然气体的机电设备，是气田集气处理系统、油田轻烃回收系统、天然气输送系统必不可少的关键设备之一。按原理基本上可以划分为容积型压缩机与速度型压缩机两大类，容积型压缩机主要是依靠机械运动，直接使气体的体积变化而实现提高气体压力；速度型压缩机主要是靠高速旋转叶轮作用，首先使气体得到一个很高的速度，然后使高速气流在扩压器中迅速地降速，使气体的动能转化为静压能，从而实现气体压缩，把被压缩气体的压力提高。

油田使用容积型往复式天然气压缩机较多，长输管道输气使用速度型离心式为主。往复式压缩机又分为单作用压缩机、双作用压缩机、多缸单作用压缩机、多缸双作用压缩机。压缩机机组的主要能耗设备为电机、联轴器和压缩机等。

2 机组效率测算方法

根据能量平衡原理，压缩机输出功率按式（1）计算

式中Pw为压缩机输出功率（kW）；H为压缩机压能头（kJ/kg）；m为压缩机质量流量（kg/h）。

压缩机多变能量头H按式（2）计算

式中Z为天然气压缩因子；Rg为天然气气体常数；T1为吸气温度（K）；n为压缩机多变指数；p1为吸气压力（MPa）；p2为排气压力（MPa）。

压缩因子Z的计算公式包括

式中Tm,c为混合气体的平均临界温度（K）；pmc为混合气体的平均临界压力（MPa）；yi为单一气体的容积成分（%）；Tci为单一气体的临界温度（K）；pci为单一气体的临界压力（MPa）。

求得对比温度Tr和对比压力pr，公式为

由Tr、pr查相关文献可得压缩因子Z。

天然气气体常数Rg按式（7）计算

式中Rg为天然气气体常数（kJ/（kg·K））；R为通用气体常数，R=8.315 kJ/（kmol·K）；Mc为混合气体平均分子量。

式中yi为单一气体的容积成分（%）；Mi为天然气各组分分子量。

压缩机多变指数n按式（9）计算

式中T1为吸气温度（K）；T2为排气温度（K）；p1为吸气压力（MPa）；p2为排气压力（MPa）。

天然气压缩机质量流量m按式（10）计算

式中ρ为天然气标准状况下密度（kg/m3）；Q为压缩机标准状况下排气量（m3/h）。

压缩机标准状况排气量Q按式（11）计算

式中Qc为压缩机出口排气量（m3/h）；T0为标准状况温度，T0=273.15 K；p0为标准状况压力，p0=0.10MPa。

天然气压缩机机组效率η按式（12）计算

式中pe压缩机输入功率（kW）。

多级天然气压缩机机组效率ηT按式（13）计算。

对于多级压缩，每一级输出功率测试、计算步骤相同，机组效率计算时总输出功率为每一级输出功率之和。

式中pwj为每一级输出功率（kW）。

3 测试参数及仪器仪表

测试参数及所用仪器仪表见表1。

表1 测试参数及仪器仪表

为了准确地反应天然气压缩机的能耗状况，规定测试时压缩机机组应稳定运行，且排气量波动在±5%以内。测试期间内各种参数应同步进行测试，时间间隔一致，间隔时间应为5～15min，测试时间不少于1 h。

4 应用

采用能量守衡中的反平衡方法对河南油田宝联1#低压气压缩机机组、下二门联合站3#压缩机机组的测试数据进行了验证，验证结果如表2所示。

表2 压缩机机组效率测算%

5 结论

正平衡法、反平衡法测算压缩机机组效率所得结果相差很小，但反平衡测定方法过程比较复杂，在测算过程中需要压缩机设计资料，对温度测定的精度要求较高，特别是对压缩机外形表面积的测定在实际应用过程种存在困难，不适合现场应用；而正平衡的测算方法科学、实用，方便现场的实际应用。

（0377）63837862、hq9278@163.com

（栏目主持杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.019

施玉霞：2011年毕业于石油大学油气储运专业，现任河南油田节能监测中心节能监测站工程师。