双台子储气库压缩机选型及运行分析

于 奇

中油辽河工程有限公司，辽宁盘锦 124010

地下储气库是将天然气经过压缩机压缩以后，注入枯竭的气（油）藏、地下盐穴溶腔或其他地质构造中加以储存，在消费高峰期采出以满足天然气用气市场需求的一种储气设施[1−2]。储气库可以解决天然气供需之间出现的不均匀性，还可以在气源中断或管网出现技术故障时保证不间断供气。压缩机作为地下储气库建设的心脏，其选型应用是储气库建设成败的关键所在。地下储气库工作压力较高，一般为20～50 MPa；输送流量变化范围宽，一般为设计流量的30%～100%；出口压力调节范围大，从注气初期的几兆帕到注气末期的几十兆帕；注采气切换频繁，以上诸多特点为储气库压缩机选型带来了巨大的挑战。

1 压缩机类型选择

地下储气库常用的压缩机一般有往复式压缩机和离心式压缩机两种。往复式压缩机主要是通过气缸内活塞往复运动来压缩缸内气体达到增压的作用，具有适用压力范围广、热效率高、适应排量范围广等优点；但是因其往复惯性大，导致转速较低，故大排量时需要多台机组，占地面积大，噪音高；另外，往复式压缩机结构较为复杂，易损件较多，致使维修工作量大，并且由于排气不连续，还容易产生气柱振动[3]。离心式压缩机则是通过气体在高速旋转叶轮的作用下获得速度能和压力能，并在叶轮和扩压器的流道内，利用离心升压作用和降速扩压作用，将机械能转换为气体的压力能。离心式压缩机具有排量大、结构紧凑、运转可靠、气体介质不与润滑油接触、转速高、能耗低等诸多优点；但是相同工况下离心式压缩机效率一般较往复式压缩机低。基于往复式压缩机及离心式压缩机的以上特点，往复式压缩机主要适用于中、小流量但压力较高的场合，而离心式压缩机主要适用于大流量、中低压力的场合[4]。

双台子储气库共部署9 个储气区块，各区块运行压力及注气规模见表1。

表1 各区块运行压力及注气规模

根据各区块注气规模及运行压力，结合两种压缩机的特点确定齐62 区块选用往复式压缩机[3]，其余区块均选用离心式压缩机。

2 压缩机机型选择

双台子储气库集注站注气总规模3 000×104m3/d，采气增压总规模5 400×104m3/d。

2.1 离心式压缩机机型选择

站内新建离心式压缩机注气工况排气量为800× 104m3/d，注气增压出口压力为28 MPa；采气工况排气量为1 350×104m3/d，采气增压出口压力为10 MPa。

离心式压缩机机型比选见表2[5]。

表2 离心式压缩机机型比选

国产压缩机综合费用低且供货周期较短，但仅有管道类项目的业绩；进口压缩机综合费用稍高，供货周期长，但具有储气库业绩多、技术相对成熟的优势。从提高核心设备国产化率、保证工程建设进度及保证设备运行可靠性三方面综合考量，双台子储气库离心式压缩机采用国产压缩机+进口压缩机的方案。

2.2 往复式压缩机机型选择

齐62 区块注气规模为160 × 104m3/d，注气增压出口压力为20～35.3 MPa。往复式压缩机机型选择对比见表3。

表3 往复式压缩机机型选择

国产往复式压缩机能满足注气工况要求，且具有相当的生产经验，为保证国家重点工程的核心设备国产化率，故采用2套80×104m3/d国产往复式压缩机方案。

3 压缩机驱动方式选择

压缩机常用驱动方式有电动机驱动和燃气轮机驱动两种。

电动机驱动需要配置相应的输、配、变电系统，电动机的供电需求为一级负荷，受电网制约，适用于外部电网供电可靠及电力供应充足的地区。

燃气轮机驱动需配置相应的燃气系统、控制系统、启动系统及较小的输配电系统，所需燃料气可以直接取自储气库储存的气源，对外界供电需求小，依赖度低，但是燃气轮机驱动耗气量大，能量利用率低，维护工作量大，主要适用于偏远无电地区。

电动机驱动具有工况适应性较好、易操作、维护工作量小、维护费用低、造价低、管理简单等优势，因此本工程选择电动机驱动压缩机。

4 一期工程压缩机配置

双台子储气库优先建设一期工程4 个区块的储气库，正常注气期压缩机进口压力7.0 MPa、出口压力26.7 MPa；正常采气期压缩机进口压力5.0 MPa、出口压力9.85 MPa。

选用2台国产离心式压缩机+2台进口离心式压缩机的配置方案。

4.1 国产电驱离心式压缩机配置

机型：排量800 × 104m3/d，设计出口压力28.0 MPa。

压缩机功率：低压缸12 MW+高压缸11 MW。

驱动方式：电动机驱动。

冷却方式：空冷（出口50 ℃）。

润滑方式：有油润滑。

压缩机主橇：2座（低压缸橇和高压缸橇）。

每套压缩机主橇配置：压缩机空冷器1 台、润滑油站1台、润滑油冷却器1台及电机冷却器1台，共配置2套。

4.2 进口电驱离心式压缩机配置

机型：排量800 × 104m3/d，设计出口压力28.0 MPa。

压缩机功率：23 MW。

驱动方式：电机驱动。

冷却方式：空冷（出口50 ℃）。

润滑方式：有油润滑。

压缩机主橇：1座（一段和二段）。

每套压缩机主橇配置：压缩机空冷器1 台、润滑油站1台、润滑油+电机冷却器1台。

采气期压缩机出口压力降低至9.85 MPa，压比减小，国产离心式压缩机高压缸和低压缸/进口离心式压缩机一段和二段同时使用，单台压缩机排量可增加至1 350×104m3/d，满足工程需求。

5 一期工程压缩机运行分析

5.1 国产电驱离心式压缩机运行分析

国产电驱离心式压缩机工艺流程见图1。

图1 国产电驱离心式压缩机工艺流程

注气期：阀门MOV1、MOV2、MOV3、MOV4、MOV6 处于“开”状态，阀门MOV5 和MOV7 处于“关”状态。压缩机入口压力为7.0 MPa，天然气经过低压缸增压至14.0 MPa，再进入高压缸，增压至26.7 MPa后出站。

采气期：阀门MOV1、MOV2、MOV3、MOV4、MOV5、MOV7 处于“开”状态，阀门MOV6 处于“关”状态。压缩机入口压力为5.0 MPa，天然气分别进入低压缸和高压缸增压至9.85 MPa后出站。

5.2 进口电驱离心式压缩机运行分析

进口电驱离心式压缩机工艺流程见图2。

图2 进口电驱离心式压缩机工艺流程

注气期：阀门MOV1、MOV2、MOV3、MOV4、MOV6、MOV8 处于“开”状态，阀门MOV5 和MOV7 处于“关”状态。压缩机入口压力7.0 MPa，天然气经过一段增压至14.0 MPa，再进入二段，二段增压至26.7 MPa后出站。

采气期：阀门MOV1、MOV2、MOV3、MOV4、MOV5、MOV6、MOV7 处于“开”状态，阀门MOV8处于“关”状态。压缩机入口压力为5.0 MPa，天然气分别进入一段和二段增压，当压力达到9.85 MPa后出站。

6 结束语

地下储气库压缩机选型需综合考虑多方面的因素，如设备处理能力、工作效率、工程投资、到货周期、核心技术自主化、运行安全可靠性及后期运营维护等。本文以双台子储气库压缩机选用项目为实例，对不同工况下压缩机运行进行分析，可为后续地下储气库建设中的压缩机选型提供参考，不同的储气库还需结合自身工程实际合理选用压缩机。