離心壓縮機節能技術探討

李新偉（大慶油田有限責任公司天然氣分公司）

離心壓縮機是大慶油田天然氣處理裝置中的核心設備，也是裝置中的主要耗能設備。目前，大慶油田天然氣分公司離心壓縮機共計9種15臺，其耗電量占裝置總耗電量的比例高達85%，隨著分公司生產規模的不斷擴大，大型離心壓縮機的進一步應用，對壓縮機的能量消耗、效率有著更高的要求。因此，采取合理有效的措施，降低壓縮機能耗，對裝置的節能增效有重大意義。本文從離心壓縮機的工藝參數控制、機組結構優化和調節控制系統的改進三方面介紹和探討了離心壓縮機的主要節能技術，并結合分公司生產實際提出了相應的改進意見。

1 合理控制工藝參數

1.1 選擇合理的吸入壓力

壓縮機吸入壓力的選取，對壓縮機能耗有很大影響，吸入壓力越低，能耗越大，尤其是壓縮機一段吸入壓力，對壓縮機能耗的影響更大[1]。適當提高壓縮機吸入壓力，有利于降低壓縮機能耗。

目前，采油廠伴生氣的供氣壓力較低，導致裝置的入口壓力普遍偏低。針對此問題，在裝置中應用了高效旋風入口分離器，努力減少進氣管網阻力，在保證足夠的處理氣量前提下盡量提高壓縮機入口壓力，以降低來氣壓力低對壓縮機能效的不利影響。

1.2 降低壓縮機各段間壓降

降低壓縮機段間壓降，對于降低壓縮機功耗有顯著的影響[2]，可以采取以下方法來降低段間壓降：將高效換熱器作為級間冷卻器使用；工藝配管盡量減少不必要的管件和彎頭數；調整操作條件，使冷卻器結垢降至最低程度。

1.3 控制壓縮機各段氣體入口溫度

由壓縮循環過程分析得知：在多級壓縮過程中，壓縮機的級間冷卻效果直接關系到其級間溫度的控制，合理控制壓縮機各段氣體的入口溫度對壓縮機的節能增效有著顯著的作用。

分公司裝置中離心壓縮機級間或機后冷卻多采用干式空冷器和循環水冷卻器，存在的主要問題是干式空冷器夏季出口溫度高，循環水冷由于水質差，換熱效率下降。冷卻溫度過高已成為裝置壓縮機能耗增加、制冷深度下降的重要原因。

針對此問題，分公司陸續將5套裝置的壓縮機級間或機后冷卻由原水冷方式改成表面蒸發空冷器冷卻，表面蒸發空冷器可充分利用自然冷量；應用后，使天然氣的冷卻溫度降低了5～10℃。5套裝置壓縮機年可節電180×104kW h，并減少了循環水系統消耗，降低了后續制冷機的負荷，節能效果顯著。

2 優化壓縮機結構

2.1 三元流葉輪設計

三元流葉輪是在三維空間坐標中計算氣體流動而進行設計的，大型壓縮機使用的基本是三元流葉輪。對于現有葉輪，可通過三元流動設計將其改造為三元流葉輪，以明顯改善葉輪性能。應用證明，采用三元流動設計的新葉輪可比原葉輪的效率提高3%～10% （視原機設計性能和葉輪結構不同，其提高值不同）[3]。由于石油化工行業的壓縮機都已相繼進入改造期，因此這種改造意義很大，它大大提高了裝置的生產能力及經濟效益。就單機改造而言，其節能效果也是非常明顯的。

2.2 葉輪拋光技術

降低葉輪表面粗糙度是降低輪阻損失的有效途徑之一[4]，降低輪盤表面粗糙度的方法一般是在精鑄或精車的基礎上進行打磨拋光。拋光的方法很多，有噴砂拋光、拋光輪拋光、液體拋光、砂帶研拋等，拋光方法要根據構件的具體結構和材質選用。其中常用的方法有兩種：針對表面積較大的輪盤，采用砂帶振動研拋的方法；對于結構較復雜的零件、深的凹穴、凸臺以及類似于葉輪流道形狀的曲面流道，采用液體拋光的方法。分公司裝置的部分離心壓縮機在檢修期間對壓縮機葉輪進行噴砂處理。實踐證明，葉輪拋光的節能效果也十分顯著，可提高壓縮機效率1%～2%。

3 改進調節控制系統

3.1 合理控制壓縮機回流量

為預防發生喘振工況，離心壓縮機都設有防喘振控制系統。離心壓縮機防喘振控制過程為：在正常工藝操作情況下，根據此時機組的運行參數，通過喘振線計算出防喘振控制線，求出此時喘振流量設定點，與入口流量變量相比較進行PI控制；根據PI 運算結果控制防喘振閥的開度控制回流量，從而保持充足的氣體流過壓縮機。

過大的回流量將會使機組的能耗增加，分公司深冷與淺冷離心壓縮機組的回流量大多沒有計量，而且防喘振控制信號為壓縮機電流信號。其中，杏三、杏Ⅴ-Ⅰ、南壓深冷機組采用手動控制回流量。控制不精確、回流量大、機組能耗高是分公司離心壓縮機組所面臨的普遍問題。因此，將防喘振手動控制改為自動控制，并且研究應用更加先進準確的防喘振控制系統對壓縮機回流量進行精確合理的控制，進而降低機組能耗。

3.2 變頻調速技術節能

傳統的壓縮機類設備為達到控制流量或壓力工藝目的，常采用閥門節流、旁通回流及排空等負荷控制手段，這些調節方式雖然簡單易行，但卻是以增加管網損耗、浪費能源為代價的。變頻調速控制通過改變壓縮機轉速來實現工藝要求的流量或壓力控制目的，沒有閥門節流損失，可以有效地節省能源[5]。

變頻調速在離心壓縮機防喘振控制中的應用成為變頻調速節能的又一優勢。其原理為通過流量傳感器輸出信號調節壓縮機轉速，并輸出該轉速下的回流量，以達到流量調節的目的，保證了壓縮機安全運行。離心式壓縮機應用變頻調速技術，不但節約能源，而且還具有加強卸載能力、降低運行噪音、提高功率因素、減輕設備的磨損等明顯優勢。

隨著油田的油氣生產進入中后期，分公司生產裝置的處理氣量較設計值已有較大差別，而且裝置在平時運行和檢修調氣期間的處理氣量存在一定程度上的波動。變頻調速技術可以有效地降低離心壓縮機由于進氣量波動而增加的能耗，在分公司離心壓縮機組上應用變頻調速技術有很大的節能前景。

4 結論及認識

離心式壓縮機的節能技術改造可根據裝置機組的實際情況，采用相宜的改造方案。通過對離心壓縮機節能技術的探討，并與分公司生產實際相結合得出以下結論及認識。

1）應采用合理的方式降低壓縮機的吸入壓力和級間壓降，控制壓縮機各段氣體入口溫度。應用高效的入口分離器和級間空冷器是達到以上目標的有效手段。

2）離心壓縮機三元流葉輪設計和葉輪拋光技術可有效地提高壓縮機運行效率，降低機組能耗。

3）研究應用更加智能的防喘振控制系統對壓縮機回流量進行精確合理的控制。變頻調速—旁通回流不但可以防止喘振的發生，還可以有效地降低離心壓縮機由于進氣量波動而增加的能耗，在天然氣處理裝置離心壓縮機組中具有很高的實用價值。

[1]段慧玲,徐純懋.BCL607離心壓縮機的節能改造[J].節能技術,2009(9):31-33.

[2]修軼繩.段間壓降對壓縮機功率的影響.廣州化工[J].2000(2):48-50.

[3]鄒正文,鄒曉東.離心式壓縮機葉輪拋光的節能原理及應用[J].風機技術,2001(6):23-26.

[4]陳宗華,翟曉寧.大型離心式壓縮機擴容節能改造設計與分析[J].流體機械,2007(5):29-33.

[5]郭仁寧.金潔.變頻調速在離心壓縮機喘振控制中的應用風機技術[J].2008(5):58-61.