燃?xì)鈮嚎s機做功能力影響因素分析

王寶森

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津300452)

0 引言

海上固定石油生產(chǎn)平臺燃?xì)鈮嚎s機組用于壓縮油氣井中所產(chǎn)生的天然氣，使其作為燃料提供給平臺燃?xì)廨啓C進(jìn)行發(fā)電。目前在渤海灣的海上平臺的壓縮機大多為往復(fù)式活塞壓縮機，其壓縮功率直接影響主電站的帶載能力及燃?xì)夥趴樟浚瑥亩绊憣Υ髿猸h(huán)境污染的控制作用。由于壓縮機壓縮功率受多方面因素的影響，對燃?xì)鈮嚎s機的做功能力影響因素進(jìn)行分析顯得尤為必要。

以中海石油(中國)有限公司天津分公司某平臺海上平臺燃?xì)鈮嚎s機為例，其運行原理是依靠電機驅(qū)動壓縮機主軸帶動氣缸內(nèi)活塞的往復(fù)運動來壓縮氣體，以達(dá)到提升氣體壓力的作用。燃?xì)鈮嚎s機運轉(zhuǎn)過程中，其工作能力很大程度上受燃?xì)膺M(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力、氣缸余隙容積等因素的影響；同時，壓縮機設(shè)計方案、裝配精度和設(shè)備故障后的維修質(zhì)量等都會對機組排氣量有很大影響。

1 壓縮機組做功能力的主要影響因素

1.1 天然氣進(jìn)氣溫度的影響

理想氣體是不考慮氣體分子之間的作用力和分子本身所占有的體積的氣體。實際上理想氣體在現(xiàn)實工作中是不存在的，不過當(dāng)氣體的壓力低于臨界壓力，溫度遠(yuǎn)高于臨界溫度的時候，均認(rèn)為其符合理想氣體的變化規(guī)律。

理想氣體狀態(tài)方程[1]：

對于1kg氣體而言，理想氣體的壓力、比容和溫度之間的關(guān)系為：

對Nkg氣體而言，其關(guān)系式為：

式中：p為理想氣體的絕對壓力，0.1MPa；v為理想氣體比容，m3/kg；T為理想氣體的絕對溫度，K；R為氣體常數(shù)，J/(kg·K)。

氣體進(jìn)行壓縮時，要實現(xiàn)其溫度始終保持不變這種循環(huán)，氣缸必須具有理想的導(dǎo)熱性能，使由壓縮所產(chǎn)生的熱量及活塞環(huán)等與缸壁摩擦而產(chǎn)生的熱量都能及即時散出。這種情況在實際中無法實現(xiàn)。

對一定量的氣體來說，等溫壓縮循環(huán)功只與氣體性質(zhì)R、壓力比進(jìn)氣溫度T1有關(guān)。氣體的吸入溫度越高，功率消耗越大。因此，為提高壓縮機的經(jīng)濟性，應(yīng)盡量降低進(jìn)氣溫度。

1.2 氣缸的余隙容積的影響

壓縮機氣缸均設(shè)計有余隙容積。壓縮機在完成工作循環(huán)過程中，在其排氣過程結(jié)束后氣缸中仍殘留有高壓氣體的容積稱為余隙容積V0，活塞從上止點移動到下止點所通過的空間容積稱為氣缸行程容積Vh，氣缸的容積V1為余隙容積V0與氣缸行程容積Vh之和，即：

所以，由于余隙的存在，使氣缸的實際吸氣容積V小于氣缸容積V1，也小于行程容積Vh，因而降低了壓縮機的做功排氣能力。從這個角度說，余隙容積的存在是不利的，但余隙容積過小會增加活塞與氣缸端蓋相碰撞的危險，故適當(dāng)?shù)挠嘞度莘e存在也是必要的。因此在壓縮機設(shè)計時，應(yīng)在保證安全可靠的條件下，盡量減少余隙。

理論循環(huán)的吸氣過程沿著整個活塞行程進(jìn)行，氣體的吸入容積就是活塞的行程容積，同時也等于氣缸的容積V1，而且吸入氣體量等于排出氣體量。而在實際循環(huán)中，由于余隙容積內(nèi)氣體的膨脹、閥門等的壓力損失，必有氣體在機組中反復(fù)被壓縮而做無用功，消耗輸入功率。

1.3 泄露的影響

壓縮機的泄漏有2種：一種是氣體直接漏入壓縮機機體之外或機組第一級進(jìn)氣管道，屬于泄漏到壓縮機之外，稱為外泄漏；另一種是氣體由高壓級泄漏至低壓級，氣體仍在壓縮機機體之內(nèi)，稱為內(nèi)泄漏。

外泄漏直接影響排氣量并增加電機功率的消耗，且對壓縮機的安全運行有較大的風(fēng)險，為此要堅決杜絕氣體的外泄漏。對于第一級之后的各級壓縮，內(nèi)泄漏也直接影響到排氣量的增加以及電機功率的消耗，同時也會增加氣體的反復(fù)壓縮，從而提高排氣溫度及各部件溫度，影響機組穩(wěn)定運行。因此，也要盡可能減少氣體的內(nèi)泄漏。

1.4 進(jìn)氣中含液量的影響

被壓縮氣體內(nèi)含有水蒸氣，隨氣體壓力的提高，水蒸氣的壓力也將提高。氣體被冷卻后，如果水蒸氣的壓力高于冷卻后天然氣溫度下的飽和蒸汽壓，水蒸氣便從氣體中凝析出來，并從燃?xì)夥蛛x器中分離出來。最后在計算壓縮機排氣量時，也要將分離掉的水分和一并排除掉的氣體加入到總量中，全部換算成進(jìn)口狀態(tài)氣體體積加入進(jìn)去。如果工藝過程中有水蒸氣進(jìn)入到壓縮機中，那么計算排氣量時就應(yīng)扣除所加進(jìn)的水蒸氣的體積。因此，進(jìn)氣中的含液量多少依然在做功過程中占有較大的比例，同時含液量過高也可能產(chǎn)生機組液擊的風(fēng)險，做好壓縮機入口前的分液處理至關(guān)重要。

1.5 機組轉(zhuǎn)速的影響

提高轉(zhuǎn)速則增加了機組做功的頻率，相應(yīng)加大了額定時間內(nèi)的排氣量，但也應(yīng)考慮機組振動及溫度的影響。

2 結(jié)論

通過以上分析，對燃?xì)鈮嚎s機做功能力影響因素主要總結(jié)為以下幾點。

①進(jìn)氣溫度的影響。降低吸氣溫度，加強進(jìn)氣冷卻器的冷卻效果，可以提高吸氣量，增加排氣量。

②轉(zhuǎn)速的影響。提高機組轉(zhuǎn)速可以提高排氣量，同時也應(yīng)考慮壓縮機機組的強度和振動等問題。

③余隙容積的影響。新設(shè)計的燃?xì)鈮嚎s機，如果余隙容積超過規(guī)定數(shù)值時，容積系數(shù)減小，將使排氣量降低，適當(dāng)減少余隙可以增加機組做功效率。

④泄漏的影響。機組設(shè)計中各密封處的密封效果、氣閥的裝配質(zhì)量和機組維修質(zhì)量等都會影響泄漏，進(jìn)而影響機組做功能力。

總之，海上固定石油生產(chǎn)平臺壓縮機的轉(zhuǎn)速固定且余隙容積很難進(jìn)行調(diào)節(jié)，加強進(jìn)氣冷卻器的冷卻效果、壓縮機入口分離器分液效果及進(jìn)出口氣閥的密封性，對提高壓縮機的做功能力顯得極為關(guān)鍵。因此，對于海上平臺，加強壓縮機入口天然氣的分液處理、加強海水冷卻器的冷卻效果以及進(jìn)出口閥片的密封性是增加壓縮機排氣量最有效的方法。