浅析天然气长输管道压缩机站设计技术

摘 要：压缩机站设计技术在天然气长输管道设计中起到了举足轻重的作用，因此，探寻出契合天然气尝试管道设计的压缩机站设计技术就显得极有意义。本文以压缩机站的基本设计技术、等压比布站现实运用分析、压缩机组适用性分析技术为研究重点来探索我国天然气长输管道压缩机站设计技术。

关键词：天然气长输管道；压缩机站；设计技术

随着我国西气东输工程的不断推进，我国天然气长输管道发展已经取得了长足的进步。众所周知，压缩机站设计技术的优劣直接关系到天然气长输管道的质量，是决定整个工程成功与否的关键所在，是整个配置方案中最为困难的部分。随着国内设计咨询单位对天然气管道特性的认识不断加深，并不断总结创新，围绕长输管道压缩机站布站、机组配置、性能模拟等工作形成了一批新的设计技术，对降低管道工程投资，改善管道运行经济性，提高国内天然气长输管道工程设计水平具备极为重要的社会意义和现实价值。

1.压缩机站的基本设计技术

压缩机站的设计是天然气长输管道的重中之重，压缩机机组的驱动能耗占据压缩机站的绝大部分。压缩机站技术耗费也是极高的，一般情况下，一个压缩机站基本要耗费几亿元。因此，选择合理的压缩机站技术是实现降低投资、节能降耗、经济运行的关键因素。通过西气东输一线管道、涩宁兰输气管道增压工程的设计实践，国内长输管道设计单位积累了大量国内外压缩机组的性能资料，对常用压缩机组的工作范围、性能及机械特点有了较全面的认识，在等压比布站技术的基础上提出了等负荷率布站技术。

等压比布站是指在压缩机站布站的过程中，各站按基本相同的压比设置压缩机站。西气东输一线即采用了国内外常用的等压比布站方案，各站压缩机压比保持基本一致，简化了设计过程。而等负荷率布站是指结合站场的实际高程和环境温度，按相同的压缩机组负荷率设置压缩机站。对于压缩机站数量非常多的输气管道，相对于等压比布站，采用等负荷率方案布站，能够更好与站场所在区域的环境因素相结合，不仅可以节约投资，而且能够最大限度地发挥机组的能力，将压缩机组的功率“吃干榨净”，避免形成输量瓶颈。

2.等压比布站现实运用分析

西气东输二线管道霍尔果斯-中卫段和中卫-广州段分别采用1 219 mm/12 MPa、1 219 mm/10 MPa的工艺方案，年设计输量300×108 m3。该管道横贯我国东西，沿线地区地理环境差异明显。由于驱动机组的可输出功率与海拔、环境温度密切相关，同一机组在不同海拔和环境温度下的可用功率差异较大，对于同样是30 MW 等级的燃气轮机，在东段低海拔地区可输出功率达27 MW，而在甘肃永昌地区可输出功率不足21 MW，两者相差高达22%。

采用等压比的方案布站，干线共需要设置26 座压缩机站。受制于高海拔地区燃气轮机的功率折减效应，在夏季最高输量的条件下，只有永昌站的压缩机组能够达到最大的输出功率，其余各站的压缩机组均有不同程度的功率富裕，因此，永昌站压缩机组成为制约提升管道输量的瓶颈，其余各站的功率富裕则成为资源浪费。

采用等负荷率方案布站，最大程度地使各站压缩机组负荷率都达到平均值，并使夏季最高输量下各站机组负荷率基本都达到100%，从而既避免出现输量瓶颈，又避免各站压缩机组功率的浪费。在全部采用燃驱的工况下，按等负荷率布站，西气东输二线西段精河——古浪间各站压缩机组负荷率虽然相同，但压比存在一定差异，海拔低、温度低的压缩机站压比相对高一些，反之亦然。由于离心式压缩机的机芯工作范围较宽，压比在一定范围内变化基本不会影响机组效率，也无需调整叶轮尺寸。采用等负荷率布站技术，西气东输二线干线管道设置25 座压缩机站，与采用等压比布站方案相比，减少1 座压气及3 台30 MW 等级压缩机组，直接工程投资可节约5×108 元以上，而且各站机组均能在高效区工作，管道自用气消耗量约减少2 000×104 m3/a，管道运行费用下降约3 500×104 元/a。

3.压缩机组适用性分析技术

压缩机组供货商在投标文件中提供的性能曲线一般只包含有限个水力工况点的参数。对于多压缩机站长输管道，由于下游用气市场的数据不断更新，用户在压缩机组招标期间提供给压缩机供货商的水力参数很可能与实际输量有很大差别，某些工作点甚至有可能进入喘振线、最大和最小转速曲线。如果不对压缩机组进行适用性分析，管道设计者就无法确认不同压缩机组供货商提供的压缩机组能否完全覆盖管道全部的工况点，无法判定实际工作点在压缩机性能曲线中的位置，无法确定实际的压缩机组效率、功率和燃气耗量等重要参数，无法确定何时需要更换压缩机转子，更无从优化压缩机站的运行参数以获得最小的能量消耗和最优的运行方案。

在西气东输一线管道工程的设计中，对RR、GE、DR 等公司的压缩机组曲线进行了仿真拟合，并对上述厂商压缩机组的适用性进行了模拟；在西气东输一线管道增输工程的设计中，广泛利用了压缩机组适用性分析对管道失效工况进行了模拟；在西气东输二线管道工程的设计中，也广泛采用该项技术，完成了很多以往无法开展的水力工况分析工作。

4.结语

综上所述，压缩机站等负荷率布站设计技术、压缩机组备用方案定量评价方法、压缩机组适用性分析技术是近年在天然气长输管道压缩机站工艺设计实践过程中发展起来的新技术。已经建成的西气东输二线干线管道和正在设计中的西气东输三线管道均采用等负率布站技术完成了压缩机站布置，并且取得了不错的成绩。因此，笔者通过相关技术以其能够起到优化压缩机组的运行工况，进一步提高国内天然气长输管道工程的设计水平的目的。

参考文献

[1] 姚光镇. 输气管道设计与管理[M]. 东营：石油大学出版社，2011，7.

[2] Sidney Pereira dos Santos. Compressor station availabilitymanagingits effects on gas pipeline operation[C].IPC 2006-10560，2009.

作者簡介：

宋明国，1983年6月，男，汉族，山东省济南市，助理级工程师，本科，单位：中国石油西气东输管道公司。