淺談離心式壓縮機模塊化設(shè)計

張井魯 ，張 俊，姜美玉，陳鵬軒

(1.北京迪威爾石油天然氣技術(shù)有限公司，北京 100000；2.中國石油工程建設(shè)公司北京分公司，北京 100000)

1 離心式壓縮機特性

離心式壓縮機具有運行效率高、調(diào)節(jié)性能好等優(yōu)點，因此被廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)代石油化工行業(yè)[1]。離心式壓縮機是將機械能轉(zhuǎn)化為氣體壓力的動力設(shè)備，它的主要工作部件是葉輪和擴壓器，通過高速旋轉(zhuǎn)的葉輪和流通面積逐漸增大擴壓器實現(xiàn)氣體增壓[2]。由于離心式壓縮機一般具有占地面積小、重量輕、流量大、運行效率高，且輸送氣體不受油氣污染等優(yōu)勢，因此被廣泛應(yīng)用于高壓縮比、大流量的生產(chǎn)條件，特別是應(yīng)用于化工、石油、冶金、電力、氣分等行業(yè)，這些行業(yè)里的大型離心式壓縮機組更是整個裝置最核心的關(guān)鍵設(shè)備[3]。隨著天然氣領(lǐng)域的不斷發(fā)展，離心式壓縮機被廣泛的應(yīng)用于天然氣壓氣站中。例如西氣東輸沿線的壓氣站就使用了大量的RR壓縮機、GE壓縮機，還有隸屬于上海天然氣管道公司的白鶴壓氣站使用的Solar壓縮機均為離心式壓縮機[4]。

2 壓縮機系統(tǒng)的組成

壓縮機系統(tǒng)由驅(qū)動系統(tǒng)、壓縮機橇、潤滑系統(tǒng)、MCC(馬達控制中心)、管道和UCP機柜等組成。

常規(guī)壓縮機的驅(qū)動方式有燃氣輪機驅(qū)動和電動機驅(qū)動兩種，其性能比較見表1。

表1 燃起輪機驅(qū)動和電動機驅(qū)動的優(yōu)缺點

天然氣作為管道輸送的介質(zhì)本身就是就可以作為動力燃料，除上述特點以外，燃氣輪機都可以用天然氣作為動力燃料。所以，燃氣輪機可就地取材，將輸送的天然氣作為燃料，經(jīng)濟上更為合理，運行成體系且方便，能夠大大地降低投資成本。同時，與電動機驅(qū)動相比，燃氣輪機更容易與離心式壓縮機相匹配，因此在大型輸氣管道中燃氣輪機占據(jù)了主要地位。如果電力充足、電價低廉，且輸氣管道距電源較近，則可采用電動機作為驅(qū)動[5]。

一般壓縮機的潤滑系統(tǒng)由潤滑油箱、主油泵、輔佐油泵、油冷卻器、油過濾器、高位油箱、閥門以及管路等部分組成。

壓縮機的控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)主要進行運行參數(shù)的采集，包括壓縮機及驅(qū)動機的各項運行參數(shù)，包括壓力、溫度、流量、振動、位移和轉(zhuǎn)速等重要參數(shù)；控制系統(tǒng)則包含壓縮機防喘振系統(tǒng)、機組轉(zhuǎn)速條件控制系統(tǒng)、潤滑油壓力調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)、干氣密封調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)等[6]。

3 離心式壓縮機的模塊化

壓縮機是復(fù)雜的零部件組合，模塊化設(shè)計十分的重要，模塊之間管路密集，有的甚至要交叉進行，給現(xiàn)場施工及用戶的維修、維護帶來了很大不便，為此，對壓縮機進行模塊化設(shè)計就顯得尤為必要[7]。

海上平臺對設(shè)備空間的要求較高，對于應(yīng)用在海上平臺的壓縮機，如果驅(qū)動功率不大，那么可以將電機或燃氣輪機和壓縮機進行模塊化設(shè)計，做在一個橇體上，在工廠內(nèi)進行電機或燃氣輪機和壓縮機的裝配和對中。這樣既能夠?qū)嚎s機系統(tǒng)進一步集成，減少設(shè)備空間，同時也節(jié)省了在平臺上進行現(xiàn)場對中和裝配的工作，且規(guī)避了海上平臺操作空間小的不足。

那么針對陸上的大型壓縮機，同樣可以采用這樣的方式，將電機或者燃氣輪機和壓縮機進行模塊化的設(shè)計，節(jié)省現(xiàn)場對中和裝配的工作。同時又可以將潤滑油系統(tǒng)集成在模塊上，見圖1。

圖1 離心式壓縮機模塊化示意

而對于MCC(馬達控制中心)和UCP則可以做成集裝箱式的C-House(控制室)和E-House(電氣室)，在工廠內(nèi)完成控制系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)接線和組裝，將組裝好的集裝箱直接運送到現(xiàn)場，僅進行簡單的連接工作即可，可節(jié)省大量在現(xiàn)場接線、裝配、調(diào)試等工作。

離心式壓縮機的工藝管線、閥門、儀表組成非常復(fù)雜，如果不進行模塊化設(shè)計，在現(xiàn)場組裝的話存在以下問題：閥門、儀表數(shù)量眾多，采購時需要考慮一定的裕量，包裝、運輸成本高，且容易遺漏，一旦出現(xiàn)了遺漏問題，再采購和運輸成本會更高，尤其是海外運行的項目。此外，如此多的閥門和儀表，現(xiàn)場施工復(fù)雜，施工周期長。而若采用模塊化設(shè)計，將閥門系統(tǒng)如進出口切斷閥、入口加載閥、出口止回閥、出口放空閥、防喘振閥等和空冷器以及相關(guān)的就地和遠傳儀表全部整合在一個橇上，就可以避免上述問題，并能大大節(jié)省項目成本。

將整個壓縮機系統(tǒng)進行了模塊化設(shè)計，包含了驅(qū)動系統(tǒng)、壓縮機、潤滑油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、MCC、UCP以及管道系統(tǒng)等。

模塊化設(shè)計的壓縮機系統(tǒng)運送到現(xiàn)場之后，只需要進行簡單的組裝工作就可完成施工，可大大提高現(xiàn)場施工進度，保障項目的進度要求。

模塊化設(shè)計的優(yōu)勢：

安全風(fēng)險低：

(1)工廠預(yù)制最大化，現(xiàn)場安裝最小化，減少現(xiàn)場的施工交叉作業(yè)；

(2)地面預(yù)制最大化，高空作業(yè)最少化，減少高空作業(yè)潛在危險；

(3)車間內(nèi)固定場所作業(yè)，臨時設(shè)施少；

(4)模塊化施工機械化作業(yè)，減少勞動強度。

建設(shè)質(zhì)量高：

(1)可采用自動化設(shè)備——焊縫成形質(zhì)量好；

(2)利用工廠室內(nèi)環(huán)境——焊接環(huán)境更好；

(3)增大地面預(yù)制比例——焊接作業(yè)更方便；

(4)工廠質(zhì)量體系完善——保證作業(yè)質(zhì)量；

(5)工廠標準化作業(yè)——利于質(zhì)量管理；

(6)工廠管理嚴格——更有利于成品保護。

建設(shè)效率高，保證項目進度：

(1)模塊化預(yù)制和現(xiàn)場土建施工同步進行，縮短模塊化裝置的施工周期；

(2)預(yù)制及組裝室內(nèi)進行，避免受天氣影響；

(3)工廠化預(yù)制固定設(shè)施依托條件好、自動化焊接質(zhì)量高、生產(chǎn)效率高；

(4)現(xiàn)場施工工期大大縮短，人員機具數(shù)量減少。

4 小結(jié)

大型離心式壓縮機進行模塊化設(shè)計具有降低安全風(fēng)險、提高建設(shè)質(zhì)量、建設(shè)效率高、可保障項目進度等優(yōu)勢，是未來離心式壓縮機系統(tǒng)設(shè)計的必然趨勢，必將會在石化行業(yè)中得到廣泛推廣和應(yīng)用。