西三線西段工程壓縮機組選型及節能措施

孫曉寶 （大慶油田工程有限公司）

西三線西段工程壓縮機組選型及節能措施

孫曉寶 （大慶油田工程有限公司）

西三線西段工程消耗的主要能源為電力和天然氣，二者年綜合能耗為112.64×107kgce（千克標準煤），主要耗能設備有壓縮機組、空壓機、空冷器等。為了更好地貫徹國家“節能降耗”的政策，達到節能環保的要求，西三線西段工程充分利用了西二線已有成果，采用了高效壓縮機組、變頻電動機，同時優化空冷器、空壓機、過濾分離器、閥門等設備選型，統籌考慮工藝管道布置。采取上述措施后，在設計輸量運行時單位周轉量能耗為152.7 kgce/（107m3·km），綜合能耗低于西二線西段工程，其能效指標處于國內先進水平。

壓縮機；電驅；效率；能效指標

西三線西段工程起于新疆霍爾果斯，止于寧夏中衛，管道總體走向自西北向東南，途經新疆、甘肅、寧夏3個省（自治區），與西二線并行，線路總長2459 km，管道設計年輸量300×108Nm3/a（標準立方米每年），管徑1219 mm，設計壓力12 MPa。西三線西段共設置17座工藝站場，69座閥室。本工程消耗的主要能源為電力和天然氣，而主要耗能設備為壓縮機組、空壓機、空冷器等，其規格與數量詳見表1。

表1 主要耗能設備

1 壓縮機組選型

1）壓縮機類型選擇。壓縮機組是壓氣站的核心，壓縮機組選擇的合理性將直接影響工程投資和管道運行的效益及穩定性。天然氣長輸管道用壓縮機主要分為離心式和往復式壓縮機兩種類型。

離心式壓縮機排量大、運行效率高，流量平穩，與原動機可直接連接，維護費用少；但調節流量范圍相對較小，單級壓比較低，主要應用于輸氣干線或輸氣規模較大的長輸管道。

往復式壓縮機效率高、壓比高，對進氣壓力的穩定性要求較低，無喘振現象；但排量相對較小，連續運轉性能不好，維護工作量和工作強度大，維護費用高，主要應用于儲氣庫和輸氣規模較小的長輸管道。

綜合考慮離心式壓縮機和往復式壓縮機的上述特點，結合本工程輸氣規模大、壓比低的實際情況，采用了離心式壓縮機。

2）驅動方式選擇。離心式壓縮機屬速度型機組，必須在高速下才能有效工作。天然氣長輸管道大功率壓縮機主要采用燃氣輪機和變頻電動機驅動。二者在技術上均可以滿足本工程天然氣輸送工況的要求。

綜合考慮沿線用電條件、能耗總量、能耗價格，通過電驅或燃驅經濟比選，確定了最經濟的方案——全線共設置了9座電驅壓氣站，5座燃驅壓氣站。西三線西段與西二線管道可聯合運行，也可獨立運行。

3）備機設置。根據系統可用率分析及系統失效分析結果，推薦西三線西段9座壓氣站均設置1臺備用機組，其余5座壓氣站均按預留1臺機組位置進行設計，暫不增設備機。

4）壓縮機組效率要求。本工程選定的壓縮機組采用變頻調速電動機驅動，降低電耗量。該類型壓縮機組效率與流量、電動機負荷率的關系如圖1、圖2所示。

圖1 壓縮機組效率與流量關系

圖2 壓縮機組效率與電動機負荷率關系

從圖1、圖2可以看出，隨著工藝氣流量的增大，電動機負荷率的增高，機組效率也隨之逐漸升高。在設計工況附近，被測機組效率大于75%，滿足SYT 6837—2011《油氣輸送管道系統節能監測規范》中要求[1]，具體數值詳見表2。

表2 天然氣壓縮機組技能監測項目與指標要求

本工程采用效率較高的燃氣輪機、電動機和壓縮機。經計算，采用離心式壓縮機時，壓縮機效率可達87%；采用燃氣輪機驅動時，機組效率可達38%～41%；變頻電動機效率可達95%[2]，有效減少了耗電量和耗氣量。

2 工藝系統和配套設備節能措施

2.1優化出站溫度

在壓氣站設置后空冷器，減少壓氣站出站壓力損失；合理選擇空冷器負荷，減少空冷器電耗量。

為確定合理的輸氣溫度，按60、50、45℃的出站溫度配置了空冷器，按運行日輸量計算管道總的耗電、耗氣，開展經濟比較，確定了最優的空冷器溫度（出站溫度）。經比較，采用50℃出站溫度，綜合能耗在各方案中最低。

2.2設備選用和配管布置

1）空壓機選型。本工程空氣壓縮機采用無油螺桿空氣壓縮機，干燥系統采用無熱再生吸附裝置，具有操作方便、效率高、更節能的優點。再生吸附裝置采用無熱再生，在保證下游工藝流程及最終壓縮空氣質量的前提下，無需額外耗電。

2）設置過濾分離設備。在壓氣站工藝流程上設置過濾分離設備，不僅保證壓氣站氣體的高質量凈化，而且保護壓縮機的轉子部分不受到磨損，提高管輸效率；況且與其他過濾設備相比還減少了壓降損失，降低了能耗。

3）閥門選型。選擇密閉性能好、使用壽命長、能耗低的閥門，避免和減少天然氣的漏失。

4）優化工藝管路和設備布置。通過合理優化站內線路及設備布置，減少站內局部阻力，降低進出站壓降損失。

3 節能降耗效果

3.1綜合能耗計算

此工程的綜合能耗計算[3]見表3。

表3 綜合能耗計算

3.2與其他工程的能耗對比

本工程的設計輸量和線路長度與西二線西段類似，選取西二線西段管線進行能耗對比，詳見表4。

表4 輸氣管道能耗對比

4 結論

1）在相同設計輸量、設計壓力、管徑以及相近的管線長度條件下，西三線西段無分輸用戶，而西二線西段存在11個分輸用戶，分輸量為36.5×108m3；因此，西三線西段的周轉量遠大于西二線西段的周轉量。

2）西三線西段壓氣站大量采用了電驅形式，14座壓氣站中，采用了9座電驅壓氣站，而西二線由于受當時電網建設規模的影響，全線僅采用了3座電驅壓氣站；因此，西三線西段的綜合能耗比西二線西段低。

在設計輸量運行時，該項目單位周轉量能耗為152.7 kgce/（107m3·km），其能效指標處于國內先進水平。

[1]國家能源局.油氣輸送管道系統節能監測規范：SYT 6837 [S].北京：石油工業出版社，2011：3.

[2]國家能源局.天然氣輸送管道系統能耗測試和計算方法：SYT 6637[S].北京：石油工業出版社，2012：5-8.

[3]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.綜合能耗計算通則：GBT 2589[S].北京：中國標準出版社，2008：2-4.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.10.014

2016-06-13

（編輯 李發榮）

孫曉寶，工程師，2007年畢業于大慶石油學院（油氣儲運工程專業），從事油氣儲運設計工作，E-mail：41973341@qq.com，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區大慶油田設計院管道所，163712。