离心压缩机节能技术探讨

李新伟（大庆油田有限责任公司天然气分公司）

离心压缩机是大庆油田天然气处理装置中的核心设备，也是装置中的主要耗能设备。目前，大庆油田天然气分公司离心压缩机共计9种15台，其耗电量占装置总耗电量的比例高达85%，随着分公司生产规模的不断扩大，大型离心压缩机的进一步应用，对压缩机的能量消耗、效率有着更高的要求。因此，采取合理有效的措施，降低压缩机能耗，对装置的节能增效有重大意义。本文从离心压缩机的工艺参数控制、机组结构优化和调节控制系统的改进三方面介绍和探讨了离心压缩机的主要节能技术，并结合分公司生产实际提出了相应的改进意见。

1 合理控制工艺参数

1.1 选择合理的吸入压力

压缩机吸入压力的选取，对压缩机能耗有很大影响，吸入压力越低，能耗越大，尤其是压缩机一段吸入压力，对压缩机能耗的影响更大[1]。适当提高压缩机吸入压力，有利于降低压缩机能耗。

目前，采油厂伴生气的供气压力较低，导致装置的入口压力普遍偏低。针对此问题，在装置中应用了高效旋风入口分离器，努力减少进气管网阻力，在保证足够的处理气量前提下尽量提高压缩机入口压力，以降低来气压力低对压缩机能效的不利影响。

1.2 降低压缩机各段间压降

降低压缩机段间压降，对于降低压缩机功耗有显著的影响[2]，可以采取以下方法来降低段间压降：将高效换热器作为级间冷却器使用；工艺配管尽量减少不必要的管件和弯头数；调整操作条件，使冷却器结垢降至最低程度。

1.3 控制压缩机各段气体入口温度

由压缩循环过程分析得知：在多级压缩过程中，压缩机的级间冷却效果直接关系到其级间温度的控制，合理控制压缩机各段气体的入口温度对压缩机的节能增效有着显著的作用。

分公司装置中离心压缩机级间或机后冷却多采用干式空冷器和循环水冷却器，存在的主要问题是干式空冷器夏季出口温度高，循环水冷由于水质差，换热效率下降。冷却温度过高已成为装置压缩机能耗增加、制冷深度下降的重要原因。

针对此问题，分公司陆续将5套装置的压缩机级间或机后冷却由原水冷方式改成表面蒸发空冷器冷却，表面蒸发空冷器可充分利用自然冷量；应用后，使天然气的冷却温度降低了5～10℃。5套装置压缩机年可节电180×104kW h，并减少了循环水系统消耗，降低了后续制冷机的负荷，节能效果显著。

2 优化压缩机结构

2.1 三元流叶轮设计

三元流叶轮是在三维空间坐标中计算气体流动而进行设计的，大型压缩机使用的基本是三元流叶轮。对于现有叶轮，可通过三元流动设计将其改造为三元流叶轮，以明显改善叶轮性能。应用证明，采用三元流动设计的新叶轮可比原叶轮的效率提高3%～10% （视原机设计性能和叶轮结构不同，其提高值不同）[3]。由于石油化工行业的压缩机都已相继进入改造期，因此这种改造意义很大，它大大提高了装置的生产能力及经济效益。就单机改造而言，其节能效果也是非常明显的。

2.2 叶轮抛光技术

降低叶轮表面粗糙度是降低轮阻损失的有效途径之一[4]，降低轮盘表面粗糙度的方法一般是在精铸或精车的基础上进行打磨抛光。抛光的方法很多，有喷砂抛光、抛光轮抛光、液体抛光、砂带研抛等，抛光方法要根据构件的具体结构和材质选用。其中常用的方法有两种：针对表面积较大的轮盘，采用砂带振动研抛的方法；对于结构较复杂的零件、深的凹穴、凸台以及类似于叶轮流道形状的曲面流道，采用液体抛光的方法。分公司装置的部分离心压缩机在检修期间对压缩机叶轮进行喷砂处理。实践证明，叶轮抛光的节能效果也十分显著，可提高压缩机效率1%～2%。

3 改进调节控制系统

3.1 合理控制压缩机回流量

为预防发生喘振工况，离心压缩机都设有防喘振控制系统。离心压缩机防喘振控制过程为：在正常工艺操作情况下，根据此时机组的运行参数，通过喘振线计算出防喘振控制线，求出此时喘振流量设定点，与入口流量变量相比较进行PI控制；根据PI 运算结果控制防喘振阀的开度控制回流量，从而保持充足的气体流过压缩机。

过大的回流量将会使机组的能耗增加，分公司深冷与浅冷离心压缩机组的回流量大多没有计量，而且防喘振控制信号为压缩机电流信号。其中，杏三、杏Ⅴ-Ⅰ、南压深冷机组采用手动控制回流量。控制不精确、回流量大、机组能耗高是分公司离心压缩机组所面临的普遍问题。因此，将防喘振手动控制改为自动控制，并且研究应用更加先进准确的防喘振控制系统对压缩机回流量进行精确合理的控制，进而降低机组能耗。

3.2 变频调速技术节能

传统的压缩机类设备为达到控制流量或压力工艺目的，常采用阀门节流、旁通回流及排空等负荷控制手段，这些调节方式虽然简单易行，但却是以增加管网损耗、浪费能源为代价的。变频调速控制通过改变压缩机转速来实现工艺要求的流量或压力控制目的，没有阀门节流损失，可以有效地节省能源[5]。

变频调速在离心压缩机防喘振控制中的应用成为变频调速节能的又一优势。其原理为通过流量传感器输出信号调节压缩机转速，并输出该转速下的回流量，以达到流量调节的目的，保证了压缩机安全运行。离心式压缩机应用变频调速技术，不但节约能源，而且还具有加强卸载能力、降低运行噪音、提高功率因素、减轻设备的磨损等明显优势。

随着油田的油气生产进入中后期，分公司生产装置的处理气量较设计值已有较大差别，而且装置在平时运行和检修调气期间的处理气量存在一定程度上的波动。变频调速技术可以有效地降低离心压缩机由于进气量波动而增加的能耗，在分公司离心压缩机组上应用变频调速技术有很大的节能前景。

4 结论及认识

离心式压缩机的节能技术改造可根据装置机组的实际情况，采用相宜的改造方案。通过对离心压缩机节能技术的探讨，并与分公司生产实际相结合得出以下结论及认识。

1）应采用合理的方式降低压缩机的吸入压力和级间压降，控制压缩机各段气体入口温度。应用高效的入口分离器和级间空冷器是达到以上目标的有效手段。

2）离心压缩机三元流叶轮设计和叶轮抛光技术可有效地提高压缩机运行效率，降低机组能耗。

3）研究应用更加智能的防喘振控制系统对压缩机回流量进行精确合理的控制。变频调速—旁通回流不但可以防止喘振的发生，还可以有效地降低离心压缩机由于进气量波动而增加的能耗，在天然气处理装置离心压缩机组中具有很高的实用价值。

[1]段慧玲,徐纯懋.BCL607离心压缩机的节能改造[J].节能技术,2009(9):31-33.

[2]修轶绳.段间压降对压缩机功率的影响.广州化工[J].2000(2):48-50.

[3]邹正文,邹晓东.离心式压缩机叶轮抛光的节能原理及应用[J].风机技术,2001(6):23-26.

[4]陈宗华,翟晓宁.大型离心式压缩机扩容节能改造设计与分析[J].流体机械,2007(5):29-33.

[5]郭仁宁.金洁.变频调速在离心压缩机喘振控制中的应用风机技术[J].2008(5):58-61.