低速整體式與高速分體式燃驅壓縮機組選擇對比分析

汪偉

（中油濟柴成都壓縮機分公司，四川 成都 610100）

1 引言

往復活塞式壓縮機是一種容積式壓縮機，通過活塞在壓縮腔內做往復直線運動來實現介質的壓縮與輸送。往復活塞式壓縮機是我國石油化工行業的核心設備，是現代化工業的基礎裝備。往復活塞式壓縮機按動力驅動形式可分為電驅、燃驅、柴油機驅動等，其中燃驅壓縮機按結構形式可分為整體式與分體式兩種類型，分別以美國庫柏公司的DPC系列和國內制造的ZTY系列為整體式天然氣發動機-壓縮機為代表，以國內制造的RTY系列為分體式壓縮機代表。如何充分滿足用戶實際需求經濟實用成為用戶選擇壓縮機產品所考慮的基本的主要因素。因此對比探討整體式與分體式適用性選擇對于壓縮機選擇具有指導意義。以下就整體式及分體式的天然氣發動機工作原理進行介紹，并從技術特點、結構參數、運維成本三個方面進行對比分析。

2 整體式與分體式機組天然氣發動機工作原理介紹

2.1 整體式機組兩沖程天然氣發動機工作原理

整體式壓縮機組采用二沖程燃氣發動機驅動，二沖程指曲軸每循環一周，活塞完成一個工作沖程。即活塞在兩個沖程內完成壓縮、點火、膨脹做功、排氣和掃氣四個步驟。圖1右上部分表示發動機壓縮、點火、膨脹做功過程工作原理，圖1右下表示排氣和掃氣過程工作原理。

圖1 四沖程、二沖程發動機工作原理圖

2.2 分體式機組四沖程天然氣發動機工作原理

分體式壓縮機組配套使用的天然氣發動機一般采用四沖程，其工作原理是將空氣與天然氣以一定的比例混合，混合氣體經壓縮點火燃燒而產生熱能，產生的高溫高壓氣體推動活塞作往復直線運動，通過連桿、曲軸飛輪機構對外輸出機械能。圖1左部分表示四沖程天然氣發動機完成一個工作循環，即：進氣、壓縮、膨脹做功和排氣。

3 整體式與分體式對比分析

3.1 整體式機組與分體式機組技術特點對比

3.1.1 整體式機組的技術特點

整體式天然氣壓縮機組又稱整體式燃氣摩托壓縮機組（圖2所示）；該機組由動力缸、壓縮缸組成，共用一個機身、一根曲軸。該系列機組具有如下特點：

圖2 整體式壓縮機結構示意圖

（1）該機組為二沖程燃氣發動機，采用DEMA標準，低速重載；

（2）發動機結構簡單，運行維護成本較低；

（3）轉速低，皮實耐用，易損件壽命長，無返廠大修；

（4）發動機燃料適應能力強。適應各種燃氣的低熱值；

（5）潤滑系統簡單且可靠。機組內部運動件采用飛濺潤滑，動力缸內采用強制潤滑，潤滑油無污染，使用壽命可達6000h以上；

（6）發動機特性曲線是直線，最低負荷功率為標定功率的36%，機組排量調節范圍寬；

（7）機組無需外接電源、水源；

（8）應用領域：可用于集氣外輸、油氣處理和加工、氣舉、輕烴回收；

（9）工作介質：天然氣、煤層氣、頁巖氣、油田伴生氣、閃蒸氣。

3.1.2 分體式機組的技術特點

分體式壓縮機采用中高速壓縮機與天然氣發動機通過聯軸器連接構成壓縮機組，具有如下特點：

（1）天然氣發動機功率匹配選擇范圍大，大排量、場站配置數量少。

（2）機組轉速高，相同排量情況下，體積小，重量輕。

（3）可用于集氣外輸、采氣和注氣（儲氣庫）、油氣處理和加工、氣舉、輕烴回收、天然氣液化、煉化、氣體鉆井、管道試壓。需要野外流動作業的場所。

（4）工作介質：天然氣、煤層氣、頁巖氣、油田伴生氣、閃蒸氣、空氣、氮氣、二氧化碳、氫氣、氮氫氣等。

圖3 分體式壓縮機組布局示意圖

3.2 整體式壓縮機與分體式壓縮機結構參數對比表

表1

3.3 使用維護費用、大修理對比

（1）整體式壓縮機初次投入成本略高，但機組運行效率優于分體機，運行維護費用低于分體機，所以總的使用成本低于分體機。(圖4所示）

圖4 整體式-分體式運行維護費用曲線圖

（2）整體式壓縮機對操作維護人員素質要求低，分體式壓縮機的發動機操作、維護保養需專業人員；

（3）整體式壓縮機大修周期為40000小時現場進行。分體機組大修周期為20000小時需返廠；分體機組運行維護、大修周期均高于整體機。（圖5所示）

圖5 整體式-分體式運行維護周期曲線圖

4 結語

根據以上對比分析可知：整體式系列天然氣發動機—壓縮機組具有結構簡單、經濟耐用、維護保養便利、故障率低等優點，尤其適用于現場燃料氣氣質條件差、無電和水源的邊緣地區的單井天然氣增壓的場合。缺點是裝機容量小（最大單臺機組功率630kW）、需固定安裝，同功率占地面積大。壓縮介質單一，一般僅用于壓縮天然氣。

分體式系列壓縮機具有配套天然氣發動機功率范圍選擇大100-3600kW、可固定安裝或移動作業，同功率占地面積小、可壓縮不同介質等優點；特別適用于要求高壓（排氣壓力35MPa以上）、大排量儲氣庫壓縮機的采氣和注氣；需移動作業的高壓氣舉以及需壓縮特殊介質的空氣鉆井、氮氣、二氧化碳火驅的工藝需求。缺點是對現場燃料氣氣質條件要求較高；維護保養天然氣發動機需專業人員、費用相對較高。

綜上所述，根據以上對整體式與分體式的對比分析，兩種結構的壓縮機各有優劣勢及不同的應用范圍，用戶可根據現場條件、工藝要求、場地面積、適用性、經濟性、維修條件等因素綜合考慮，進行科學合理的選擇，使壓縮機效能最大化。