压气站压缩机组经济运行分析

王玉龙 王刚

摘 要：天然气在输气管道的流动过程中由于水力摩阻的影响，其压力会逐步下降， 从而导致输气管道通过能力的降低，因此，为了在输气管道中保持规定的天然气流量，并确保天然气在管道沿线的最优压力，就必须建造压气站。压气站是干线管道不可分割的组成部分，依靠压气站的动力设备可以保证要求的输气量得以实现，压气站的工作参数决定了输气管道的工况。当用气量发生变化时，就可以调节输气管道的工况，从而最大限度地利用输气管道的储气能力。压气站用来输送气体的动力机械设备有离心式压缩机和活塞式压缩机，其驱动装置的类型主要可分为燃气轮机、电动机和燃气发动机3种，其中燃气轮机占85.5%，电动机占13.5%，燃气发动机占1%。

关键词：西气东输    天然气

燃气发动机多用于直径较小（300～350mm）的输气管道。鉴于有关介绍燃气轮机和电动机驱动的离心式压缩机机组的文章较多，现仅以燃气发动机驱动的活塞式压缩机机组为例，分析说明其输气量、功率与工况的关系。活塞式压缩机具有适用压力范围广、压缩效率高（大型活塞式压缩机的绝热效率高达80%以上）、适应性强等优点。

1压缩机的主要参数及其影响因素

由（1-1）式可见，影响压缩机排气量的主要因素有：吸气系数λs （包括容积系数λv 、压力系数λp、温度系数λt、泄漏系数λl），行程容积Vh和转速N。

由（1-2）式可知，当气缸尺寸一定时，影响压缩机示载功率的主要因素是转速、压缩比、相对压力损失以及气体的性质等。

2各种条件下压缩机排气量和功率的变化

现将常见的情况从上述理论公式（1-1）、（1-2）及机组参数对影响活塞式压缩机排气量和轴功率的因素进行分析如下：

2.1进气压力的影响

对于已有的压缩机，在排气压力保持不变的情况下，其排气量是随着进气压力的升高而增加，进气压力的降低而减少的;其轴功率是随着进气压力的升高而减少，进气压力的降低而增加的，

2.2排气压力的影响

在进气压力保持不变的情况下，排气量随着排气压力的升高而减少，同时轴功率增加;而当排气压力降低时，排气量上升而轴功率减少。

2.3进气温度的影响

排气量随着进气温度的降低而增加，随着进气温度的升高而减少。

2.4转速的影响

在相同的工艺条件下，当转速提高时，排气量和轴功率同时提高。提高转速是加大排气量的有效途径。

2.5余隙容积的影响

减少余隙容积将使压缩机的排气量增加，反之，将使压缩机的排气量减少。

2.6泄漏的影响

泄漏将减少压缩机的排气量，有时甚至会造成严重的影响。

综上所述，为了提高压缩机的有效利用率， 充分发挥压气站在输气管道中的作用，在压缩机轴功率的许可条件下，应当尽量提高压缩机的排气量。而提高转速， 降低吸气温度，减少气缸余隙容积，减少管网、设备的气体阻力损失，减少机器各部位的泄漏都是提高压缩机排气量的有效办法。

綜上所述， 从设计阶段就要考虑选用合理的管径、压力和工艺参数等; 在输气过程中， 还要对输气管道的工艺运行模式和压缩机运行状况进行优化，以达到节能降耗、提高管道输送效率及延长管道使用寿命的效果。

3案例分析

下面以靖西线为例说明提高天然气管道经济运行的方法：

靖边至西安的输气管道目前有两条，第一条管道于1997年建成投产，全长488 km，受资金和其他条件的制约，其设计管径为426mm，设计压力4.0～5.8MPa，输气能力为5×108m3/a，后期又增建了两座压气站，最大输气能力为10×108m3/a。随着用户的迅速发展，经过不到5年的运行时间，其输气能力已不能满足下游市场的需求。第二条管道于2003年开始建设，设计管径为610mm，设计压力6.4MPa，设3座压气站，输气能力可达30×108m3/a。从以上可以看出，通过增大管径、提高压力、缩短压气站的站间距等方法有效地增强了管道的输气能力。

靖西天然气管道在冬季供气高峰来临时，一般将其下游压力维持在3.3MPa 左右（ 设计值为2.75MPa） ， 比设计值高出0.55MPa。若下游管网（ 靖西一、二线） 的压力下降至设计值，按100km的管道计算，可以应对30×104m3/d的气量突增，从而保证下游市场的正常用气。在冬季供气高峰快结束时，靖西线的下游用气量每日突减约20×104m3，这时再将下游压力降至20MPa左右。这样便完全可以满足下游调峰的需要。

在靖西线末端压力为2.75MPa时，将首站压力从4.4MPa增至4.5MPa，可使日输气量增加17×104m3，其中靖西一线（Ф426） 每日约增加5×104m3，靖西二线（Ф610）每日增加12×104m3。当首站压力为4.5MPa，将末站压力从2.75MPa降至2.65 MPa时，可使日输气量增加12×104m3，其中靖西一线每日增加3×104m3，靖西二线每日增加9×104m3。

当管道的输送效率低于95%时，应对管道进行清管，从而才能充分发挥管道的输气能力。长输管道的输气温度和地温基本相同（约16℃），而压缩机出口的输气温度一般应降至40℃以下。

以靖边压气站A机组为例：在进气压力为4.3MPa，排气压力为5.35MPa，转速从980 转/min提高到1030转/min时（其它参数不变），排气量从87×104m3/d提高到90×104m3/d;在排气压力为5.5MPa，转速为1000转/min，进气压力从4.2MPa 提高到4.3MPa时（其它参数不变），排气量从87×104m3/d提高到89×104m3/d;当进站压力为4.3MPa，转速为1000转/min，排气压力从5.6MPa 降至5.5MPa时，排气量从88×104m3/d 提高到89×104m3/d;当进气压力为4.3MPa，排气压力为5.5MPa，转速为1000转/min，余隙容积从10%提高到15%时，压缩机的排气量从89×104m3/d 降至84×104m3/d。

4结论

从设计阶段就要考虑选用合理的管径、压力和工艺参数等;在输气过程中以达到降低运营成本，提高效益的作用。

过程中，还要对输气管道的工艺运行模式和压缩机运行状况进行优化，以达到节能降耗、提高管道输送效率及延长管道使用寿命的效果。

参考文献：

[1]徐康.基于故障分析的离心式与往复式压缩机性能对比[J].石油和化工设备，2019（09）：86-90.