降低西气东输二线空压机系统能量损耗措施分析

王彦栋（中国石油管道联合有限公司西部分公司）

降低西气东输二线空压机系统能量损耗措施分析

王彦栋（中国石油管道联合有限公司西部分公司）

双螺杆空压机是一种提升气体压力的机械，双螺杆空压机是目前最流行的结构型式。结合双螺杆空压机的特点及西气东输二线空压机系统的能量关系进行分析，找出了双螺杆空压机能量损耗的主要来源，并给出了降低空压机系统能量损耗的措施，从而提高了设备的运行效率。

空压机系统 能量传递 设备效率 节能降耗

西气东输二线是中国石油管道公司西气东输系列中的第2个工程，主气源为中亚进口天然气，调剂气源为塔里木盆地和鄂尔多斯盆地的国产天然气。管道工程西起新疆霍尔果斯口岸，南至广州，途经新疆等14个省市区。压缩空气是现代工业生产过程中至关重要的资源，是仅次于电力的第二大动力能源，又是具有多种用途的工艺气源，其应用范围遍及石油、化工、冶金、电力、机械、轻工、纺织、汽车制造等诸多行业和部门。而用来生产压缩空气的机器正是空气压缩机（简称空压机）。它的作用是提供清洁、干燥的压缩空气。为了满足长输管线对于输气的高压力要求，西气东输二线所有压气站均采用了离心式管道压缩机作为提高管线压力的必需设备。而为了给压缩机组中的阀门（例如：防喘阀、加载阀、燃料气控制阀、干气密封增压橇气动马达、进气系统过滤器反吹用气等）提供动力气，各个场站均配备了以空压机为核心的空气压缩系统来生产清洁、干燥的压缩空气。

1 双螺杆空压机的特点

与传统的活塞压缩机相比，双螺杆式空压机的主要特点有可靠性高、无振动，噪音易消除，排气纯净等[1]。

1）运行成本低，具有很好的节能效果：系统采用0%～100%的排气量无级调节。当用气量减小时，排气量跟着减小，电动机的电流也同时降低；当不用气时，空压机空车运转，空车过久自动停机，当用气量增加时，恢复重车。

2）全新智能控制系统，显示全系统运行状态，自动调节运行，保养预示，故障诊断和安全保护停机，运行更加可靠，操作简单。

3）整体设计更加先进，噪言更低，结构更坚固。

4）超常的冷却系统设计，特别适用于亚洲高温、高湿环境。优良的隔振技术和降噪措施，双螺杆空压机的安装无须专用的基础，只要留出通风和维护空间，就能安置压缩机[2]。

2 空压机系统的能量分配和损耗

目前，西气东输二线空压机系统采用双螺杆结构，螺杆空压机在正常运行时，是将电能转化为机械能和热能两部分，所以机械能只是电能转换的一部分，约占电能的15%左右，另外85%的电能转化为热能。在机械能和热能转换的过程中会有部分能量因为做无用功而损失掉。当空压机执行加载程序时，电能供给电动机转动产生机械能，电动机通过联轴器将机械能传递给与电动机相连的齿轮，再通过啮合齿轮分别将机械能传递给高压压缩机的同步齿轮以及低压压缩机的同步齿轮，同步齿轮带动阴阳螺杆转动实现对空气的压缩，此过程中同步齿轮将机械能传递给阴阳螺杆，阴阳螺杆对空气做功，将自身的机械能转换成空气的压力能和热能。空气压力能的升高使得压缩空气的压力得到提高，而热能的提高使得压缩空气的温度得到提高。空压机配备了油冷却器、中间冷却器和后冷却器[3]。这些冷却器均为风冷式冷却器，冷却空气由风扇提供。油冷却器将润滑油吸收的热能带走，从而降低润滑油的温度，使得润滑油能够保持在一定的温度范围内，在对低、高压压缩机机头进行润滑时，能同时起到冷却的作用，从而保护机器延长机器的使用寿命。在油冷却过程中，由于换热面积大，所以能够使热能很好的实现交换。中间冷却器和后冷却器分别为从低压压缩机出口的空气和高压压缩机出口的空气进行冷却，以保护下游设备和到达空压机出口的空气符合仪表风供气的温度标准。无论是油冷还是空冷，高温的滑油以及压缩空气在被风扇所提供的冷却空气进行冷却时，热能实现了传递，传递完成后冷却空气的热能升高很多。

3 降低空压机系统能量损耗的措施

机械能传递的压力能为设备做出有效功，为了提高设备的工作效率，节约能耗，必须提高机械能的使用率，即机械能在能耗中所占的百分比，为此，可以提高电能到机械能的转换率，或者降低热能的产生。作为直流电动机，当正常运行时，恒定的电压和转速使得它的机械能输出基本是不变的，要提高机械能的使用率，只能通过降低热能的方式。热能的产生包括电动机自身温度的提升以及压缩空气温度的提升。可以采取以下降低热能损失的措施。

1）过强化喷油冷却，降低二级吸气温度，降低二级压缩过程多方指数，两级嚷油双螺杆空压机的传统做法是在一级压缩后，采用多点小直径喷油口喷油，能有效喷入小粒径油雾降低排气温度，使排气温度降到接近于喷油温度，为二级压缩预先喷液，有待于降低二级压缩的多方指数[4]。

2）两级压缩的可以降低轴承轴向负荷，不仅提高轴承寿命，更重要的是由于承载轴向负荷的轴承磨损大大减轻，排气侧轴向端面间隙变化趋慢，稳定性较好。

3）通过定期对电动机加注润滑脂可以减少电动机各连接部的摩擦，从而减小热能的产生。

4）频繁的启停电动机也会产生更多的热能，为降低效率，在HMI操作界面上设置加载和卸载压力时，不能将加载压力和卸载压力的数值设置的过于接近。

此外，由于高温的润滑油及压缩空气被风扇所提供的冷却空气带走了大部分的热能，也可以通过这一能量关系用来降低能耗。在冬天温度很低的情况下，空压机房内的储气罐冷凝水排污线以及电子疏水器排污线很容易发生冰堵，为了防止冰堵情况的发生，需要在空压机房架设电暖器或者对上述管线铺设电伴热，这样无疑消耗了很多电能，而且还不一定能达到预期的效果，但是通过打开入孔，减小风门开度，可以使得冷却空气带走的那部分热量不被排入大气，而是循环回到空压机房进行再利用，这样就充分利用了冷却空气交换走的热能，从而达到节能的目的。

提高设备的工作效率，使之尽可能的多做有用功，减少无用功的损耗。对于无法避免的能量损耗，也要进行循环再利用，能源的再利用也伴随着污染的减少。

[1]章雪平.浅谈压缩机故障诊断中的特征信息提取技术[J].民营科技,2011(5):39.

[2]谭海艳.螺杆式空气压缩机的维护保养[J].科技信息, 2011(12).

[3]杨斌,李晋渊.螺杆压缩机排气压力过低[J].设备管理与维修,2011(6).

[4]佴耀.压缩空气站的节能探讨[C].江苏省能源研究会第八届学术年会论文集,2000.

10.3969/j.issn.2095-1493.2014.005.018

2014-02-24）

页岩气开发不忘环境保护

胡庆明

王彦栋，2010年毕业于中国石油大学（华东）（计算机与通信工程学院），主要研究输气站场的自动化系统及能量控制，E-mail：378115738@qq.com，地址：乌鲁木齐市南湖南路133号城建大厦23层。

重庆焦石坝地区的页岩气发现是国内页岩气勘探开发的新开端、转折点，目前该地区页岩气田已进入商业化开发阶段，中国石化参战的施工单位牢固树立生态环保、安全生产和责任担当意识，加强生态环境风险评估，建立环境风险防控技术规范体系，强化风险监管机制，严防安全生产事故发生，确保实现页岩气开发利用安全、可控、有序、健康、可持续绿色发展。