一種分體式海洋平臺(tái)用往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)解決方案

陳光亮，裴秀麗，苗 帥

（中石化石油機(jī)械股份有限公司壓縮機(jī)分公司，湖北武漢 430040）

1 引言

大型往復(fù)活塞式壓縮機(jī)作為壓縮和輸送介質(zhì)的動(dòng)力源，廣泛應(yīng)用于石油、化工、制冷等領(lǐng)域。由于運(yùn)輸尺寸、重量和安裝空間的限制，對(duì)大型往復(fù)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊性、可靠性和運(yùn)行穩(wěn)定性的要求極高。在一實(shí)際工程項(xiàng)目中，某平臺(tái)需利用一臺(tái)離心壓縮機(jī)留下的11.5×5.1 m的原底座，安裝3臺(tái)往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)，以實(shí)現(xiàn)天然氣集輸?shù)墓δ埽瑫r(shí)要求低壓壓縮機(jī)能夠單獨(dú)運(yùn)行，高壓一級(jí)壓縮機(jī)和高壓二級(jí)壓縮機(jī)能夠聯(lián)機(jī)運(yùn)行，3臺(tái)機(jī)組也能同時(shí)運(yùn)行。高壓一級(jí)與高壓二級(jí)壓縮機(jī)均有補(bǔ)氣管線，用戶各壓縮機(jī)之間的供氣平衡。該項(xiàng)目為改造項(xiàng)目，平臺(tái)已投產(chǎn)10年以上，若機(jī)組做成整體成橇，將需要?jiǎng)佑酶〉踹M(jìn)行吊裝及安裝作業(yè)，產(chǎn)生大筆費(fèi)用。根據(jù)實(shí)際工程需求，采用機(jī)組分解成若干小撬塊的方式，各橇塊直接采用集裝箱運(yùn)輸，到達(dá)平臺(tái)后，利用事先做好的定位塊，組裝機(jī)組各橇塊，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的回裝。

2 機(jī)組總體設(shè)計(jì)

平臺(tái)所需3臺(tái)壓縮機(jī)分為3種運(yùn)行方式：低壓壓縮機(jī)單獨(dú)運(yùn)行；高壓一級(jí)壓縮機(jī)與高壓二級(jí)壓縮機(jī)聯(lián)合運(yùn)行；3臺(tái)機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行。高壓一級(jí)壓縮機(jī)與高壓二級(jí)壓縮機(jī)均附有補(bǔ)氣管線，機(jī)組基本運(yùn)行流程如圖1。

其中，低壓壓縮機(jī)有進(jìn)氣及排氣管口，高壓一級(jí)壓縮機(jī)只有補(bǔ)氣口，高壓一級(jí)壓縮機(jī)補(bǔ)氣口同時(shí)為低壓壓縮機(jī)排氣口，此段管線可雙向流動(dòng)，高壓二級(jí)壓縮機(jī)具有補(bǔ)氣口和排氣口。

3臺(tái)機(jī)組基本壓力及排量要求見表1。

2.1 機(jī)組選型計(jì)算

用戶提供的機(jī)組處理量為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（即氣溫為293 K，氣壓為0.103 MPa（A）的干燥氣量，這個(gè)其實(shí)是供氣量，需將供氣量換算到壓縮機(jī)吸氣條件（壓力、溫度、濕度和壓縮性系數(shù)）下的數(shù)值，即為排氣量，排氣量的換算公式如下

式中 Vd——供氣量，m3/min

p——吸氣狀態(tài)的壓力，MPa（A）

T——吸氣狀態(tài)的溫度，K

φ——吸氣狀態(tài)的相對(duì)濕度

psa——吸氣溫度下的飽和蒸氣壓，MPa（A）

圖1 壓縮機(jī)基本運(yùn)行流程

根據(jù)計(jì)算得到的排氣量，以及用戶提供的其它氣體組份，溫度、壓力等各方面參數(shù)，輸入壓縮機(jī)性能計(jì)算軟件，得到3臺(tái)壓縮機(jī)的基本配置參數(shù)見表2。

2.2 機(jī)組配套系統(tǒng)計(jì)算

2.2.1 緩沖器容積計(jì)算

緩沖器容積按圖2曲線確定，途中Vh/Vt為緩沖容積Vh與氣缸每一行程吸氣或排氣的容積Vt之比值。該值與δp、γt和κ值有關(guān)；δp為許用的壓力不均勻度

式中 p——公稱壓力

Δpmax——壓力波動(dòng)的最大幅度

吸氣管和級(jí)間管道的δp=0.04～0.08，排氣管道的δp=0.02～0.04，其中較小值適用于壓力較高排氣量較大的壓縮機(jī)。

γt為吸氣或排氣的周期與曲軸旋轉(zhuǎn)一周所需周期的比值，κ為絕熱指數(shù)。途中虛線為應(yīng)用實(shí)例。曲線圖只適用于單作用氣缸。容積相等的雙作用氣缸，所需的緩沖容積可取排氣量相同的單作用氣缸緩沖容積的0.4倍，相位差為90°的2個(gè)雙作用氣缸且共用緩沖器，氣容積可取單作用氣缸緩沖容積的1/6.2。

表1 壓縮機(jī)基本壓力及排量參數(shù)

表2 壓縮機(jī)基本配置參數(shù)

2.2.2 壓力管道計(jì)算

壓力管道計(jì)算首先需初選管道直徑，根據(jù)初選管道直徑，計(jì)算管道內(nèi)氣體流速，氣體流速u滿足以下要求為合格見表3。

氣體流速u按下式計(jì)算

式中 D——鋼管的外徑，mm

δn——鋼管名義厚度，mm

V——管內(nèi)氣體介質(zhì)的體積流量，m3/s

式中 p0——標(biāo)準(zhǔn)壓力，p0=0.1 MPa（A）

主要完成對(duì)軟件缺陷數(shù)據(jù)的錄入、修改、刪除、查詢等操作。對(duì)于軟件缺陷生命周期中所有不同處理狀態(tài)都要進(jìn)行記錄，并且能通過缺陷或者各種缺陷屬性分類，方便查詢系統(tǒng)中存在的缺陷記錄信息。軟件缺陷數(shù)據(jù)管理是軟件缺陷分析統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)。

pW——工作壓力，MPa（A）

Z0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮因子，Z0=1

Z——工作狀態(tài)下的壓縮因子

T0——標(biāo)準(zhǔn)溫度，T0=293K（20℃）

T-T=工作溫度t（℃）+273（K）

Q——?dú)怏w標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，Nm3/h

u——?dú)怏w在管內(nèi)的預(yù)定流速，m/s

為簡(jiǎn)化計(jì)算，上式可以轉(zhuǎn)化為

圖2 確定緩沖器容積的曲線圖

表3 氣體基本流速表

除此之外，還需計(jì)算機(jī)組各洗滌罐規(guī)格、安全閥規(guī)格等，形成最終總體方案。

3 機(jī)組分體式設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)組分體式設(shè)計(jì)原則

由于項(xiàng)目為改造項(xiàng)目，施工難度較大，為了避免機(jī)組到貨后無法順利安裝，我公司組織人員赴項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)研，確認(rèn)機(jī)組運(yùn)輸通道。

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，確認(rèn)機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸通道為上部寬1.5 m，下部寬2.5 m，高度3.2 m，深度4 m的梯形空間，同時(shí)，由于平臺(tái)吊機(jī)起重量的限制，單個(gè)橇塊重量不能超過10 t。

3.2 實(shí)施方案

對(duì)于海洋平臺(tái)用天然氣壓縮機(jī)，機(jī)組安全性，自動(dòng)化程度方面要求較高，流程復(fù)雜，機(jī)組配置高，為了盡量利用空間尺寸，節(jié)省空間，壓縮機(jī)采用三維軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，形成機(jī)組初步方案圖3。

3臺(tái)機(jī)組均安裝于一個(gè)11.5 m×5.1 m的公用底座上，機(jī)組運(yùn)輸方面存在問題，需對(duì)機(jī)組分成小的橇塊，以滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸及安裝要求。

各撬塊劃分及布置按照以下原則進(jìn)行：（1）符合工藝流程要求，滿足撬塊尺寸和重量要求；（2）便于操作管理，并能保證安全生產(chǎn)；（3）便于設(shè)備的維護(hù)和閥門的操作；（4）要求整體尺寸緊湊，節(jié)省空間。

以高壓一級(jí)壓縮機(jī)為例，簡(jiǎn)要介紹機(jī)組分體設(shè)計(jì)的基本方法。

對(duì)壓縮機(jī)按照功能進(jìn)行分區(qū)，以便于現(xiàn)場(chǎng)組裝，根據(jù)功能分區(qū)，將壓縮機(jī)分成不同的橇塊，高壓一級(jí)壓縮機(jī)功能分區(qū)，如圖4。

將機(jī)組分為管線區(qū)、洗滌罐區(qū)、主機(jī)區(qū)、水冷器區(qū)4個(gè)區(qū)域，以主機(jī)區(qū)為基準(zhǔn)，找平找正其它3個(gè)區(qū)域。

圖3 壓縮機(jī)初步方案

機(jī)組各橇塊進(jìn)行分區(qū)后，為了驗(yàn)證各橇塊通過性，三維圖上將各橇塊在各連接法蘭處斷開，繪制一個(gè)1.5 m×2.5 m×3 m，深度4 m的通道圖，對(duì)于超出通道的部分表示為不能通過，通過改變橇塊尺寸，將超出部分零部件拆除等方式，保證機(jī)組各橇塊能順利通過。

下面以管線區(qū)橇塊為例，示意各撬塊的通過性驗(yàn)證方法。

將通道模型與管線橇三維圖重疊，找到超出通道模型的部分（圖5）。

經(jīng)過三維模型驗(yàn)證，有三根管線無法順利通過平臺(tái)通道，在壓縮機(jī)發(fā)運(yùn)時(shí)，將此3個(gè)管線拆掉，做為散件進(jìn)行裝箱，機(jī)組到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后再重新組裝。

3.3 實(shí)施效果

采用以上方法，將3臺(tái)壓縮機(jī)組共劃分為11個(gè)橇塊，其中，低壓壓縮機(jī)3個(gè)橇塊，高壓一級(jí)壓縮機(jī)4個(gè)橇塊，高壓二級(jí)壓縮機(jī)4個(gè)橇塊，劃分橇塊及平臺(tái)通道位置如圖6。

圖4 高壓一級(jí)壓縮機(jī)功能分區(qū)

圖5 高壓一級(jí)壓縮機(jī)管線橇通過性驗(yàn)證

圖6 壓縮機(jī)橇塊劃分及平臺(tái)通道位置

平臺(tái)通道位于高壓一級(jí)壓縮機(jī)橇塊7處，若直接按照1-11的順序安裝橇塊，高壓二級(jí)壓縮機(jī)各橇塊將被橇塊7擋住，各橇塊無法順利安裝。為了機(jī)組各橇塊能夠安裝，調(diào)整了各橇塊安裝順序，按照1-2-3-10-9-8-10-5-4-6-7的順序，留下機(jī)組進(jìn)出橇塊通道。

按照此種方式，現(xiàn)場(chǎng)各橇塊按要求較快速完成了安裝，機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)已投入生產(chǎn)運(yùn)行，運(yùn)轉(zhuǎn)狀況良好，得到了用戶的充分好評(píng)。

從左到右依次為高壓二級(jí)壓縮機(jī)、高壓一級(jí)壓縮機(jī)、低壓壓縮機(jī)

4 結(jié)論

本文根據(jù)實(shí)際工程需求，利用壓縮機(jī)性能計(jì)算軟件，形成壓縮機(jī)總體配置。根據(jù)活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的計(jì)算方法，詳細(xì)計(jì)算各零部件尺寸規(guī)格，利用三維軟件，形成機(jī)組初步總體布置方案。由于現(xiàn)場(chǎng)安裝條件的限制，將壓縮機(jī)按功能分為若干小撬塊，利用三維軟件驗(yàn)證各撬塊在現(xiàn)場(chǎng)安裝通道的通過性，合理安排各撬塊安裝順序，實(shí)現(xiàn)了壓縮機(jī)的安裝調(diào)試，解決了現(xiàn)場(chǎng)工程難題。