雙臺子儲氣庫壓縮機選型及運行分析

于 奇

中油遼河工程有限公司，遼寧盤錦 124010

地下儲氣庫是將天然氣經過壓縮機壓縮以后，注入枯竭的氣（油）藏、地下鹽穴溶腔或其他地質構造中加以儲存，在消費高峰期采出以滿足天然氣用氣市場需求的一種儲氣設施[1?2]。儲氣庫可以解決天然氣供需之間出現的不均勻性，還可以在氣源中斷或管網出現技術故障時保證不間斷供氣。壓縮機作為地下儲氣庫建設的心臟，其選型應用是儲氣庫建設成敗的關鍵所在。地下儲氣庫工作壓力較高，一般為20～50 MPa；輸送流量變化范圍寬，一般為設計流量的30%～100%；出口壓力調節范圍大，從注氣初期的幾兆帕到注氣末期的幾十兆帕；注采氣切換頻繁，以上諸多特點為儲氣庫壓縮機選型帶來了巨大的挑戰。

1 壓縮機類型選擇

地下儲氣庫常用的壓縮機一般有往復式壓縮機和離心式壓縮機兩種。往復式壓縮機主要是通過氣缸內活塞往復運動來壓縮缸內氣體達到增壓的作用，具有適用壓力范圍廣、熱效率高、適應排量范圍廣等優點；但是因其往復慣性大，導致轉速較低，故大排量時需要多臺機組，占地面積大，噪音高；另外，往復式壓縮機結構較為復雜，易損件較多，致使維修工作量大，并且由于排氣不連續，還容易產生氣柱振動[3]。離心式壓縮機則是通過氣體在高速旋轉葉輪的作用下獲得速度能和壓力能，并在葉輪和擴壓器的流道內，利用離心升壓作用和降速擴壓作用，將機械能轉換為氣體的壓力能。離心式壓縮機具有排量大、結構緊湊、運轉可靠、氣體介質不與潤滑油接觸、轉速高、能耗低等諸多優點；但是相同工況下離心式壓縮機效率一般較往復式壓縮機低。基于往復式壓縮機及離心式壓縮機的以上特點，往復式壓縮機主要適用于中、小流量但壓力較高的場合，而離心式壓縮機主要適用于大流量、中低壓力的場合[4]。

雙臺子儲氣庫共部署9 個儲氣區塊，各區塊運行壓力及注氣規模見表1。

表1 各區塊運行壓力及注氣規模

根據各區塊注氣規模及運行壓力，結合兩種壓縮機的特點確定齊62 區塊選用往復式壓縮機[3]，其余區塊均選用離心式壓縮機。

2 壓縮機機型選擇

雙臺子儲氣庫集注站注氣總規模3 000×104m3/d，采氣增壓總規模5 400×104m3/d。

2.1 離心式壓縮機機型選擇

站內新建離心式壓縮機注氣工況排氣量為800× 104m3/d，注氣增壓出口壓力為28 MPa；采氣工況排氣量為1 350×104m3/d，采氣增壓出口壓力為10 MPa。

離心式壓縮機機型比選見表2[5]。

表2 離心式壓縮機機型比選

國產壓縮機綜合費用低且供貨周期較短，但僅有管道類項目的業績；進口壓縮機綜合費用稍高，供貨周期長，但具有儲氣庫業績多、技術相對成熟的優勢。從提高核心設備國產化率、保證工程建設進度及保證設備運行可靠性三方面綜合考量，雙臺子儲氣庫離心式壓縮機采用國產壓縮機+進口壓縮機的方案。

2.2 往復式壓縮機機型選擇

齊62 區塊注氣規模為160 × 104m3/d，注氣增壓出口壓力為20～35.3 MPa。往復式壓縮機機型選擇對比見表3。

表3 往復式壓縮機機型選擇

國產往復式壓縮機能滿足注氣工況要求，且具有相當的生產經驗，為保證國家重點工程的核心設備國產化率，故采用2套80×104m3/d國產往復式壓縮機方案。

3 壓縮機驅動方式選擇

壓縮機常用驅動方式有電動機驅動和燃氣輪機驅動兩種。

電動機驅動需要配置相應的輸、配、變電系統，電動機的供電需求為一級負荷，受電網制約，適用于外部電網供電可靠及電力供應充足的地區。

燃氣輪機驅動需配置相應的燃氣系統、控制系統、啟動系統及較小的輸配電系統，所需燃料氣可以直接取自儲氣庫儲存的氣源，對外界供電需求小，依賴度低，但是燃氣輪機驅動耗氣量大，能量利用率低，維護工作量大，主要適用于偏遠無電地區。

電動機驅動具有工況適應性較好、易操作、維護工作量小、維護費用低、造價低、管理簡單等優勢，因此本工程選擇電動機驅動壓縮機。

4 一期工程壓縮機配置

雙臺子儲氣庫優先建設一期工程4 個區塊的儲氣庫，正常注氣期壓縮機進口壓力7.0 MPa、出口壓力26.7 MPa；正常采氣期壓縮機進口壓力5.0 MPa、出口壓力9.85 MPa。

選用2臺國產離心式壓縮機+2臺進口離心式壓縮機的配置方案。

4.1 國產電驅離心式壓縮機配置

機型：排量800 × 104m3/d，設計出口壓力28.0 MPa。

壓縮機功率：低壓缸12 MW+高壓缸11 MW。

驅動方式：電動機驅動。

冷卻方式：空冷（出口50 ℃）。

潤滑方式：有油潤滑。

壓縮機主橇：2座（低壓缸橇和高壓缸橇）。

每套壓縮機主橇配置：壓縮機空冷器1 臺、潤滑油站1臺、潤滑油冷卻器1臺及電機冷卻器1臺，共配置2套。

4.2 進口電驅離心式壓縮機配置

機型：排量800 × 104m3/d，設計出口壓力28.0 MPa。

壓縮機功率：23 MW。

驅動方式：電機驅動。

冷卻方式：空冷（出口50 ℃）。

潤滑方式：有油潤滑。

壓縮機主橇：1座（一段和二段）。

每套壓縮機主橇配置：壓縮機空冷器1 臺、潤滑油站1臺、潤滑油+電機冷卻器1臺。

采氣期壓縮機出口壓力降低至9.85 MPa，壓比減小，國產離心式壓縮機高壓缸和低壓缸/進口離心式壓縮機一段和二段同時使用，單臺壓縮機排量可增加至1 350×104m3/d，滿足工程需求。

5 一期工程壓縮機運行分析

5.1 國產電驅離心式壓縮機運行分析

國產電驅離心式壓縮機工藝流程見圖1。

圖1 國產電驅離心式壓縮機工藝流程

注氣期：閥門MOV1、MOV2、MOV3、MOV4、MOV6 處于“開”狀態，閥門MOV5 和MOV7 處于“關”狀態。壓縮機入口壓力為7.0 MPa，天然氣經過低壓缸增壓至14.0 MPa，再進入高壓缸，增壓至26.7 MPa后出站。

采氣期：閥門MOV1、MOV2、MOV3、MOV4、MOV5、MOV7 處于“開”狀態，閥門MOV6 處于“關”狀態。壓縮機入口壓力為5.0 MPa，天然氣分別進入低壓缸和高壓缸增壓至9.85 MPa后出站。

5.2 進口電驅離心式壓縮機運行分析

進口電驅離心式壓縮機工藝流程見圖2。

圖2 進口電驅離心式壓縮機工藝流程

注氣期：閥門MOV1、MOV2、MOV3、MOV4、MOV6、MOV8 處于“開”狀態，閥門MOV5 和MOV7 處于“關”狀態。壓縮機入口壓力7.0 MPa，天然氣經過一段增壓至14.0 MPa，再進入二段，二段增壓至26.7 MPa后出站。

采氣期：閥門MOV1、MOV2、MOV3、MOV4、MOV5、MOV6、MOV7 處于“開”狀態，閥門MOV8處于“關”狀態。壓縮機入口壓力為5.0 MPa，天然氣分別進入一段和二段增壓，當壓力達到9.85 MPa后出站。

6 結束語

地下儲氣庫壓縮機選型需綜合考慮多方面的因素，如設備處理能力、工作效率、工程投資、到貨周期、核心技術自主化、運行安全可靠性及后期運營維護等。本文以雙臺子儲氣庫壓縮機選用項目為實例，對不同工況下壓縮機運行進行分析，可為后續地下儲氣庫建設中的壓縮機選型提供參考，不同的儲氣庫還需結合自身工程實際合理選用壓縮機。