天然氣增壓站經(jīng)濟優(yōu)化：壓縮機運行

黃敦翔（大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司徐深9天然氣凈化處理廠，黑龍江 大慶 163000）

天然氣增壓站經(jīng)濟優(yōu)化：壓縮機運行

黃敦翔（大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司徐深9天然氣凈化處理廠，黑龍江 大慶 163000）

本文主要對天然氣增壓站內(nèi)的離心式壓縮機的運行原理和控制方式進行了深入的分析，并且在此基礎(chǔ)上，重點對壓縮機與管道系統(tǒng)的運行情況與壓縮機的控制之間的聯(lián)系進行了深入探究，同時分析了不同布置方式的壓縮機組的工作效率差異，為天然氣增壓站內(nèi)壓縮機的實際生產(chǎn)運營提供了較為豐富的理論基礎(chǔ)和實踐經(jīng)驗。

天然氣；增壓站；經(jīng)濟優(yōu)化；壓縮機

1 壓縮機的運行機理

在天然氣增壓站的日常運營過程中，增壓站內(nèi)壓縮機的具體布置以及設(shè)備的選型都與壓縮機受到的壓力及其流量有很大的關(guān)系。在站內(nèi)壓縮機的布置方式上，究竟是選擇并聯(lián)布置還是串聯(lián)布置，主要取決于壓縮機的穩(wěn)態(tài)氣動性能、瞬時功率以及采取何種備用方案和潛在的輸量增長能力等因素，同時燃料氣的消耗與排放也受到驅(qū)動機的滿負荷功率、部分負荷功耗等因素影響，而壓縮機排放的溫室氣體量也與其整體運行效率密切相關(guān)。

壓縮機不僅會影響系統(tǒng)中的單個壓氣站，同時也會影響整個管道系統(tǒng)和備用機組。在管道系統(tǒng)中的壓縮機組的數(shù)量對系統(tǒng)的利用率、燃料的消耗量以及系統(tǒng)的工作效率都有很大的影響。在實際運行過程中，針對不同的荷載分布采取不同數(shù)量的壓縮機組。

壓縮機組的運行點是由驅(qū)動機的功率、壓縮機組的工作特性和整個系統(tǒng)的整體運行系統(tǒng)綜合決定的。在壓縮機的運行過程中，其控制方式主要有變轉(zhuǎn)速控制、入口的導(dǎo)葉控制、出口或者入口的節(jié)流控制以及回流控制等方式。

在變轉(zhuǎn)速控制方式可行的前提下，一般優(yōu)先選擇這種方式作為壓縮機的控制方式，且常常通過打回流的方式來擴大調(diào)節(jié)的范圍。在進站的流量低于最低流量的情況下，就需要采取打回流的方式進行輔助控制。

壓縮機的實際運行點是由壓縮機系統(tǒng)的壓力比與流量的關(guān)系決定的。在制冷系統(tǒng)中，壓縮機上游的分離器壓力決定其進口的壓力，另外壓縮機的出口壓力要與管道背壓相適應(yīng)。

在管道系統(tǒng)中，驅(qū)動機的輸出功率決定了壓縮機的工作點，對燃氣輪機來說，管道系統(tǒng)的工作特性和燃氣發(fā)生器的轉(zhuǎn)速決定了其輸出功率的大小。如果需要增加管道的運輸量，就需要采用更大輸出功率和壓縮機的壓頭。

壓縮機的運行條件常隨著時間的改變而改變，其主要原因是隨著氣體的壓力降低、管道系統(tǒng)形成了并聯(lián)的回路以及管道輸送能力的提升等。當(dāng)另一條并聯(lián)的管道建設(shè)好以后，管道系統(tǒng)的工作特性就會改變，從而可以實現(xiàn)在保持壓頭不變的前提下使管道的運輸能力提高。

因此，變轉(zhuǎn)速的驅(qū)動機能夠使壓縮機在一個比較大的范圍內(nèi)運行。如果需要采用定轉(zhuǎn)速的驅(qū)動機，就要采取打回流的方式、在出口或者入口進行節(jié)流等方式來應(yīng)對工況的實時變化。在進行節(jié)流時，由于這些方式不是很節(jié)能，在節(jié)流時需要使用比實際運行所需壓頭更大的壓頭，因而消耗了更多的能量。

2 壓縮機的備機要求和運行的靈活性

在壓縮機的實際運行過程中，需要對在不同方案下運行的機組的靈活性進行分析，研究機組在每個季度、每個月、每天、每小時的用氣需求變化，并且結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境分析燃氣輪機的實際輸出功率[1]。在不同的工況條件下，都需要克服由于轉(zhuǎn)速限制而導(dǎo)致壓縮機的運行狀態(tài)的改變。因此，在極端低溫環(huán)境下，燃氣輪機需要克服的限制就越大。

在機組的運行過程中，可以從不同的層面去解決機組的靈活性，如可以使驅(qū)動機以及壓縮機在較大的工作范圍內(nèi)運行，也可以使用多臺小型機組去代替一臺大型機組，同時還可以改變機組的布置方式，可將串聯(lián)布置改為并聯(lián)布置。

在油氣行業(yè)的中上游產(chǎn)業(yè)鏈中，常常需要在較大范圍的運行工作點讓機組運行，因此，機組的運行點有可能會隨著時間的變化而發(fā)生變動。而在其他工況條件下，在儲氣或者采氣等工況條件下，機組的運行點就主要受發(fā)動機的最大功率限制。在儲氣工況中，由于需要在盡可能短的時間內(nèi)把儲氣庫注滿，因此需要讓發(fā)動機全速運行，針對這種工況，可以先讓兩臺機組并聯(lián)運行，在后期再讓讓兩臺機組串聯(lián)運行。

壓縮機組在運行過程中由于各種故障導(dǎo)致停機會導(dǎo)致比較慘重的經(jīng)濟損失，因此在實際的機組配置中，需要考慮增加備用機組，可在每一個壓氣站里均配備一套備用機組，也可只在其中的某幾個站點配備。在整個管道系統(tǒng)中，一臺或者幾臺機組的停工不會立即對總產(chǎn)氣量產(chǎn)生顯著影響。因此，在需要對壓縮機組進行維護時，應(yīng)當(dāng)盡量選擇在產(chǎn)氣量需求較低時進行。

如果壓氣站內(nèi)沒有備用機組或者兩臺機組同時運行時，這時就需要將兩臺機組串聯(lián)運行，因為這樣的布置方式效率會更高。當(dāng)一臺機組失效停工后，就需要把防喘閥打開，然后另一臺機組就可繼續(xù)正常運行，這樣的布置方式比并聯(lián)布置可保持更高的流量。如果壓氣站內(nèi)有多臺機組串聯(lián)或者并聯(lián)運行時，可以通過對站與站之間或者機組與機組之間的負荷進行重新分配，從而達到優(yōu)化的效果。

一般來說，負荷不變的情況下，壓縮機的工作效率越高，其功耗也就越低，其根本原因是不同工作效率的壓縮機，其工作時的機械損失基本相同，效率越高，壓縮機在單位工作時間的能耗自然也就越低。

3 結(jié)語

綜上所述，本文主要對離心式壓縮機的運行原理和控制方式進行了深入的分析，在此基礎(chǔ)上，重點對壓縮機與管道系統(tǒng)的運行情況與壓縮機的控制之間的聯(lián)系進行了深入探究，同時分析了不同布置方式壓縮機組的工作效率差異，為天然氣增壓站內(nèi)壓縮機的實際生產(chǎn)運營提供了較為豐富的理論基礎(chǔ)和實踐經(jīng)驗。

[1]Rainer Kurz,Matt Lubomirsky.天然氣增壓站經(jīng)濟優(yōu)化:成本影響因素[J].天然氣與石油,2015,33(1):25-31.