离心式压缩机在榆济管道中的应用

徐川

摘 要：压缩机是长距离输气管道工程中的关键设备，本文介绍了其在榆林-济南输气管道工程中的应用。

关键词：离心式;压缩机;影响因素

随着社会的发展，能源需求量日益增大，各类能源的开发程度也逐渐加大。为了适应社会的可持续发展，并响应国家“节能减排”的号召，天然气作为清洁能源在我国能源结构中的地位越来越高，各类大型气田也随之不断开发。压缩机作为重要的能源转换机器，在输气管道工程中是必不可少的。为了应对上游气源的不断开发上产、下游用户需求量的不断增加以及山东管网的规划要求，榆济管道分公司在榆林首站设置了压缩机对天然气进行加压输送。本文针对该工程介绍了离心式压缩机在长距离输气管道工程中的应用。

1 压缩机简介

压缩机是压气站工艺装置中的关键设备，天然气长输管道常用压缩机主要分为：离心式、往复式两种。

相较于往复式压缩机的大尺寸、小排量、气流有脉动且大噪声，离心式压缩机的优点有：排量大、重量轻、结构简单、外形尺寸小、运行效率高、流量平稳、噪声小、操作灵活、使用寿命长及维护费用少等。另外，气体在被压缩过程中不与机械润滑油接触，保证了输送气体的质量。但是，其也有易发生喘振、单级压比较低的不足。

针对流量较大、压比较低的工程，从运行原理、压缩机结构、运行维护保养、环保、可靠性能及润滑油损耗和污染等技术性能上，采用有较强适应性、运转周期长等特征的离心式压缩机能够更好地满足实际需要。

1.1 工作原理。在叶轮叶片的旋转做功下，气体进入腔体后动能、势能均得到提高。接着在流通截面逐渐扩大的扩压器中气体由于扩张速度下降，此时动能转化为势能。随后气流通过弯道、回流器由离心方向改变为向心方向均匀进入下一级。最后气体在末级扩压器后进入蜗壳（由于蜗壳曲率半径及流通截面的逐渐扩大，它也有降速扩压的作用）汇集并引出压缩机。

1.2 性能曲线。离心式压缩机的性能曲线的影响因素，主要包括级数的影响和转速的影响。离心式压缩机的性能曲线是多级性能曲线，由各单级性能曲线“叠加”而成。

喘振工况点（最小流量工况点）： （Qmin）末级>（Qmin）第一级

当Qs>Qd时，冲角θ为负，叶片工作面产生边界层分离，但比较稳定，不易继续发展，影响不大;

当Qs发生喘振的内因是流量过小，导致机内出现严重的“旋转分离”;外因是下游管网压力高于排气压力，造成气体倒流。喘振发生后，机组会强烈振动，严重时会破坏密封、轴承等部件，甚至损坏整套机组。在实际的本工程榆林首站，不会观察到这种振荡现象，因为本站采用的进口压缩机的制造工艺水平、逻辑控制系统都非常成熟，其机组出口设有一路冷旁通流程

堵塞工况点（最大流量工况点）：（Qmin）末级>（Qmin）第一级

当Qs增大到一定程度（此时θ为负），摩阻损失、冲击损失、波阻损失等都将迅速增大，以至于理论能头全部被消耗在各种损失上，气体压力得不到提高，流量也就不能继续增大。

2 压缩机的应用

中国石化榆林中国石化榆林—济南输气管道工程是国家“十一五”重点工程，设计全长约1045km ，设计年输量30×108m3。管线东西横穿毛乌素沙漠边缘、黄土高原、吕梁山脉、太岳山脉、太行山脉等复杂地段，起于陕西榆林，止于山东济南。全线共设置12 座站场，其中首站（压气站）1 座、输气站11 座;管道沿线设线路截断阀室共40 座，其中RTU 阀室8 座。

电驱离心式压缩机已经被广泛应用于天然气长输管道，榆济首站作为榆林—济南输气管道现有的唯一一座压气站，担负着接收上游来气并增压外输的任务，采用的即是该类压缩机。随着陕、晋、豫、鲁四省经济快速发展，对一次能源的需求量呈跨越式增长，以及“十二五”期间，鄂尔多斯天然气、大牛地气田持续增储上产，“十二五”末气田产量将大幅增加，目前榆济管道正在进行增压扩能建设，设计输量将达到50×108m3。

榆林首站已配备了3 台由G E新比隆公司制造的BCL355型离心式压缩机，以及ABB公司生产的AMI710L4LBSPFM 型变频驱动电机。

压缩机组运行方式如下：

2010年12月15日至2011年4月7日，总输气量575×104m3/d～

645×104m3/d，2用1备;

2011年4月7日至2011年11月30日，总输气量515×104m3/d～

565×104m3/d，1用2备;

2011年11月30日至2012年3月25日，总输气量590×104m3/d ～670×104m3/d，2用1备。

不过，随着上游气源的不断增产，回流比越来越小，能耗逐渐降低。所以，大型压气站投运后，在技术、经济可行的前提下，不断优化压缩机组的运行方案影响着业主单位的运营成本。

3 设计要点

3.1 压缩机组工艺流程。①正常流程。②越压缩机流程。③防喘振流程。当输气量较小时，气体通过压缩机会发生喘振，需将空冷器出口的部分气体通过防喘振阀回流至压缩机入口，增大入口流量防止喘振发生。④热/冷旁通流程。压缩机紧急停车时，防喘振回路的气体不能及时回流至压缩机入口，为防止压缩机损坏，在压缩机出口增加快速回流流程，保护压缩机在紧急停车时不受损坏。⑤安全放空流程。压缩机出口与空冷器之间设安全阀，当压缩机出口压力高于设定值时，安全阀自动起跳放空。⑥自动放空流程。自动放空流程由球阀、电动放空阀和限流孔板组成，电动放空阀接入站场ESD系统。当站场触发一级关断时，ESD系统连锁打开该电动放空阀，放空压缩机区域管道内的气体。

3.2 压缩机组配管。①榆林首站离心压缩机采用的GE压缩机为上进上出的形式，进出口管线上设置可拆卸短节以方便压缩机检修时的拆卸。②放空及辅助系统管线应集中布置于在压缩机房的同一侧，另一侧设置巡检通道。③处于压缩机房内的压缩机出口管线应进行防烫，避免现场作业人员被出口的高温管线烫伤。④压缩机组的就地放空管线末端应下弯或设置防雨帽以防止雨水灌入;另外，还需安装防护网，避免鸟虫进入堵塞管线。

3.3 需注意的问题。在榆林首站的设计、施工、投产过程中暴露了一些问题。①循环冷却水管线应合理设置一定数量的放气阀，以便于及时排出投运时管道内的空气，防止冷却水泵发生气蚀而损坏。②循环冷却水来、回水管线与机组的接口处应采用软连接，以减少管线震动对机组产生的不良应力。③辅助系统分支管线根部应设置截断阀，便于检修维护时关断。④室外地上的循环冷却水管线应设置保温电伴热，用以冬季防冻。⑤仪表风管线、密封气管线应采用不锈钢管。⑥当压气站地处风沙较大的地区时，压缩机房应设空气过滤系统，通过风机箱送入室内，防止风沙进入。

4 结语

①离心式压缩机的运行特性受来气条件（特别是来气温度）的影响较大，压缩机厂商基于试验工况的特性曲线不能准确反映现场实际的压缩机性能来准确指导生产。当来气条件变化时，应对压缩机组的运行方式进行优化。②当流量较小，压缩机打回流运行时，建议关小防喘阀开度，以减小回流流量，降低能耗。③压缩机是榆林首站、乃至榆济管道的核心设备，由于气源来气压力较低，天然气必须增压才能满足外输要求，因此，压缩机能否顺利投用直接影响到整个工程的成败;同时，压缩机组及辅助系统的投资比重非常大，占到了榆林首站总投资的80%左右，因此，压缩机组及辅助系统的设计尤为重要。