改善壓縮機進氣工況措施探討

王鐵柱 李蓉 孟婉瑩 尤星 賈超(中石油長慶油田公司第三采氣廠， 內蒙古 鄂爾多斯 017300)

改善壓縮機進氣工況措施探討

王鐵柱 李蓉 孟婉瑩 尤星 賈超(中石油長慶油田公司第三采氣廠， 內蒙古 鄂爾多斯 017300)

壓縮機的進氣條件對壓縮機的平穩運行起著決定性作用，現行壓縮機的進氣條件在固體雜質、水分、溫度方面都有不足之處，造成許多壓縮機故障，如氣閥損壞、活塞環磨損造成排氣溫度高、活塞桿斷裂等。通過改善濾網、增加預熱換熱器、調節余隙容積等措施來改善壓縮機的進氣工況，保證壓縮機安全平穩運行。

進氣工況；活塞桿斷裂；改善濾網；進氣溫度；余隙容積

1 天然氣壓縮機工作原理

往復式天然氣壓縮機的工作原理：往復壓縮機是通過曲柄－連桿機構將曲軸的旋轉運動轉化為活塞的往復運動，依靠缸內活塞的往復運動來改變工作腔容積，借以達到壓縮氣體提高氣體壓力的目的。當發動機曲軸通過連軸器帶動壓縮機曲軸旋轉時，壓縮機曲軸通過連桿、十字頭、活塞桿帶動活塞在氣缸內做往復運動而實現吸氣、壓縮的工作循環。當活塞由外止點向內止點(曲軸端)運動時，氣缸容積增大，壓力減小，當其壓力低于工藝氣進氣壓力時，進氣閥打開進氣，而實現氣缸的吸氣過程，當活塞到達內止點時，吸氣過程結束。在曲軸的帶動下，活塞在向外止點運動，氣缸容積減小，當壓力大于工藝氣排氣壓力時，排氣閥打開排氣，而實現氣缸的壓縮排氣過程。

2 壓縮機進氣分析

(1)過濾裝置 壓縮機進氣洗滌罐結構簡單，主要用于分離較大的顆粒和液體，并不能分離出較小顆粒和液滴。所以來氣中的較小顆粒雜質和小液滴會進入壓縮機，造成壓縮機氣閥損壞，活塞環磨損，氣缸內積水是引發活塞桿斷裂的原因之一。

(2)進氣溫度 冬季壓縮機進氣溫度平均在5～6℃，夏季壓縮機進氣溫度平均在17～18℃。

若天然氣中不含任何雜質，進氣溫度低有利于壓縮機的平穩運行，但是原料氣中含有輕烴水分等雜質，在氣溫較低時，一部分氣體水合物以液體的形式進入壓縮機，經壓縮后，在氣缸內積存，當液體達到氣缸的余隙容積時，活塞壓縮時造成液擊，活塞力瞬間大幅度增大，若活塞桿長時間受到超過正常水平的拉伸力時，就會造成疲勞，最后斷裂。

3 改善壓縮機進氣工況的措施

分別通過改善過濾分離，增壓換熱器，調節余隙容積來改善壓縮機的進氣工況，保證壓縮機平穩運行。

(1)增加過濾分離裝置 由于預分離器主要用于分離段塞流和較大的固體顆粒，進氣洗滌罐也是粗分離，不能滿足壓縮機對地區氣體的要求，所以增加過濾分離裝置有利于壓縮機的平穩運行。

方案1：絲網聚結器和旋風分離器組合

絲網聚結器是一種高效的氣液分離設備，它具有表面積大、重量輕、自由體積大、使用方便等優點，尤其對2～10微米的液滴有很強的除霧能力，以及其壓降小的特點使編織絲網聚結器有著廣泛的應用。編織絲網、旋風分離器、纖維絲床、葉片式慣性分離器在不同液滴直徑范圍、進口氣流速度、流道直徑以及載液量的條件在達到相同分離效果的情況下，絲網除霧器有著最低的總壓損失，所以，在壓縮機進氣洗滌罐中增加一套絲網聚結器將能很好地分離出進氣中的水霧，起到較好效果。

對于氣體中的固體雜質，可以在壓縮機進口處加一旋風分離器，根據旋風分離器的粒級效率ηp來計算。

ηp=(C1i-C2i)/C1i

方案2：過濾分離器

在壓縮機入口前加過濾分離器，過濾分離器應具有過濾段和分離段，并集合在一臺設備上。可以除去管道中攜帶的液體，固體顆粒捕集效率應大于等于99.9%，具有高納污量，長檢修周期，低阻力，且運行穩定可靠。

(2)增加預熱換熱器 由于冬季進氣溫度較低，為了使氣體中的水合物不凝固，提高進氣溫度到夏季水平，將有效減少水分進入氣缸。

在壓縮機撬上加一預熱換熱器，采用管殼式換熱器，熱源采用壓縮機壓縮后未經過空冷器的高溫排氣。不僅降低了空冷器的負荷，節約了能源，還有效提高了壓縮機進氣溫度。設置換熱器旁通，冬季時，投用換熱器，將進氣溫度提高到10℃以上，夏季時，用旁通管線。

換熱器選型不宜太大，只要將進氣溫度提高到10℃即可，進氣溫度過高會引起排氣溫度高，不利于壓縮機平穩運行。

(3)適當增加余隙容積 壓縮氣體時，氣體中可能有部分蒸氣凝結下來。我們知道液體是不可壓縮的，如果氣缸中不留有余隙，則壓縮機不可避免地會遭到損壞。因此，在壓縮機氣缸中必須留有余隙。余隙存在以及殘留在余隙容積內的氣體可以起到氣墊作用，也不會使活塞與氣缸蓋發生撞擊而損壞。同時，為了裝配和調節的需要，在氣缸蓋與處于死點位置的活塞之間也必須留有一定的余隙。壓縮機上裝有氣閥，在氣閥與氣缸之間以及閥座本身的氣道上都會有活塞壓縮排氣后殘留的余氣，這些余氣可以減緩氣體對進出口氣閥的沖擊作用，同時也減緩了閥片對閥座及閥蓋的沖擊作用。氣缸中留有余隙就能給壓縮機的裝配、操作和安全使用帶來很多好處，但余隙留得過大會造成壓縮機的排氣量降低，效率下降。余隙容積可以有效地防止水擊，緩沖氣閥沖擊，保證機組安全，所以不能全部關閉。當余隙容積太大時會造成處理量下降，浪費發動機功率，所以在實際情況中要適當調節。

4 結語

綜上所述，現行壓縮機的進氣條件有不足之處，通過文中的措施可以改善進氣條件，減少壓縮機故障，實現機組長期安全平穩高效運行。

[1]張湘亞.石油化工流體機械[J].山東：石油大學出版社 .1996.

王鐵柱(1988-)，男，漢，山東濰坊人，助理工程師，主要從事天然氣生產工作。