天然氣壓縮增壓

1、第三章 天然氣壓縮增壓第一節(jié) 氣田天然氣增壓一、氣田天然氣增壓的必要性隨著氣田天然氣的不斷開采， 氣井天然氣壓力逐漸降低， 當(dāng)降至低于集氣管線壓力 時(shí)，便不 能輸入集氣管網(wǎng)。這種低壓氣在我國(guó)開采較早的天然氣生產(chǎn)基地四川氣田正在逐年增多。對(duì)于氣井 壓降不一致的氣田，如果條件許要時(shí)，應(yīng)晝實(shí)行高、低壓管分輸。低壓天然氣輸給當(dāng)?shù)赜脩?，高?天然氣進(jìn)入集氣干線；若因種種原因，氣田氣以建一個(gè)系統(tǒng)為宜時(shí)，則 需建氣田天然氣增壓站， 將低壓氣增壓后進(jìn)入管網(wǎng)。在發(fā)現(xiàn)天然氣以前， 壓縮機(jī)主要用于采礦和冶金工業(yè)。 隨著天然氣的出現(xiàn)將其作為燃料， 需將天然氣從井口輸至較遠(yuǎn)的用戶。在氣井井口壓力能使氣體通過(guò)管線輸送到目

2、的地時(shí)，不需要壓 縮機(jī)。一旦氣井壓力降低，即需要用外界的措施來(lái)提高壓力。為了將氣體輸送到很遠(yuǎn)的地方，而氣 井壓力又不能使足夠的氣量通過(guò)管線供用戶所需時(shí)，也必須使用壓縮機(jī)?？傊?， 當(dāng)氣井的能量不能滿足輸氣要求時(shí)，必須使用壓縮機(jī)站 。通常使用的 壓縮機(jī)站 有五種：礦場(chǎng)或者集氣站壓縮機(jī)站， 在井口壓力不足以使氣體以期望的流量進(jìn)入輸氣和配氣系統(tǒng)通 過(guò)此站將各個(gè)井產(chǎn)出的氣匯集起來(lái)。輸氣管線上的 中轉(zhuǎn)或干線增壓站， 這類壓縮機(jī)站通常為大的氣體處理量，并在低壓縮比下工 作，壓縮比小于 2，其壓力范圍一般在 1.36MPa 和 6.8MPa 之間，有時(shí)可以高達(dá) 8.84MPa?；謴?fù)地層壓力或 循環(huán)注氣壓縮機(jī)站

3、 ，是調(diào)整或二次開采方案的一個(gè)部份，一般不涉及將天然 氣輸至市場(chǎng)問(wèn)題，排氣壓力可達(dá) 40.8MPa 以上。礦場(chǎng) 儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)站 ，是壓縮干線氣注入儲(chǔ)氣庫(kù)井 。這類站排氣壓力可高達(dá) 27.2MPa ，壓 縮比高達(dá) 4。一些儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)站的設(shè)計(jì)，可將儲(chǔ)氣庫(kù)中采出的氣體加壓后進(jìn)入高壓管線。因?yàn)榈V 場(chǎng)儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)站工作的壓 -容工況范圍寬，所以該站需要精確的技術(shù)設(shè)計(jì)。配氣站的壓縮機(jī)站 ，通常將氣體從氣柜以約 0.1360.68MPa 壓力送入中壓或高壓配氣管線或 以高達(dá) 17MPa 的壓力壓入氣罐。二、氣田天然氣增壓方法氣田天然氣增壓的方法，一般有兩種。1機(jī)械增壓法機(jī)械增壓法所使用的設(shè)備是天然氣壓縮機(jī)

4、。壓縮機(jī)在原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)轉(zhuǎn)，將天然氣引入壓縮 機(jī)，在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子或活塞的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，通過(guò)一定的機(jī)械能轉(zhuǎn)換和熱力變換過(guò)程，使天然氣的壓能 增加，從而達(dá)到增壓目的。氣體壓縮機(jī)的種類很多，如往復(fù)式、離心式、螺桿式等等。本章僅對(duì)氣田天然氣增 壓常用的往復(fù)式壓縮機(jī)的有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行論述。2高、低壓氣壓能傳遞增壓法 高、低壓氣壓能傳遞增壓法所使用的設(shè)備是噴射器（亦稱增壓喉） ， 用高壓天然氣通過(guò)噴射 器以很高的速度噴出， 并把在噴射器噴嘴前的低壓氣帶走 。即根據(jù)高壓氣引射低壓氣的原理， 使低壓氣達(dá)到升壓的目的。它的 特點(diǎn)是不需外加能源，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，噴嘴可更換調(diào)節(jié)，操作 使用方便，但效率低 ，且需高、低壓氣層同時(shí)

5、存在并同時(shí)開采，才能使用。雖然在國(guó)內(nèi)外油氣田 均有應(yīng)用，但不普遍。三、我國(guó)氣田天然氣增壓現(xiàn)狀自 1982 年 7 月，我國(guó)首次安裝試支于天然氣集輸工程的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)組在 四川興 3井建成投產(chǎn)以來(lái)，天然氣氣田增壓工作得到了迅速發(fā)展，不僅在四川13 個(gè)氣田建了增壓站，而且在中原、遼河、大慶、勝利、華北、大港等油田，增壓站也迅速增加。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到1993年底，全國(guó)共有氣田天然氣增壓機(jī)組 226套，裝機(jī)容量（軸功率）約12X 104kW （詳見(jiàn)表3-1 ）。 僅四川就有92套壓縮機(jī)組對(duì)13個(gè)氣田的142 口井進(jìn)行增壓，年增壓天然氣產(chǎn)量達(dá)6X 108m3。四、壓縮機(jī)的類型原始的壓縮機(jī)由一個(gè)帶有膨

6、脹和壓縮部件的皮革袋構(gòu)成。這類壓縮機(jī)的殘存者是風(fēng)箱。目前用 于氣體工業(yè)的壓縮機(jī)歸納為三種不同的類型：引射式壓縮機(jī)，回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)和往復(fù)式壓縮機(jī)。1 引射式壓縮機(jī)在使用引射式壓縮機(jī)時(shí)，動(dòng)力和吸入氣壓力變化不很大。例如，在同時(shí)具有高壓氣和低壓氣的兩層完井的氣井上，管線壓力為二者的中間值。2 回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī) 回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)分為兩種等級(jí)：回轉(zhuǎn)式風(fēng)機(jī)和離心式壓縮機(jī)。 回轉(zhuǎn)式風(fēng)機(jī)（圖 3-1 ）主要用于分配系統(tǒng)，其吸入和排出間的壓差不超過(guò)0.1MPa。也可用于致冷和吸收裝置的閉式循環(huán)中。風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)為一外殼和置于殼中的一級(jí)或多級(jí)的相對(duì)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子?；剞D(zhuǎn)式風(fēng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：在較低的功率下可處理大量低壓氣，一次投資和維修費(fèi)用

7、較低，安裝簡(jiǎn)單， 易于操作和管理，對(duì)輸氣量來(lái)說(shuō)，設(shè)備要求占地面積最小，幾乎無(wú)波動(dòng)流。它的缺點(diǎn)是：不能承受 高壓，齒輪和轉(zhuǎn)子工作時(shí)會(huì)發(fā)出噪聲，轉(zhuǎn)子和殼體之間的間隙密封不好，如果工作超過(guò)安全壓力就 會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象。通?；剞D(zhuǎn)式風(fēng)機(jī)處理量可達(dá)481m3/分，最小吸入壓力為 0.07MPa的壓差。All圖3-1回轉(zhuǎn)式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)哦、植乍, 科昭盤re”曲口好時(shí) «rn® 廠出門戟樓A杯會(huì)茴遼圖3-2離心式壓縮機(jī)剖面圖圖3- 3 離心式壓縮機(jī)的內(nèi)部構(gòu)件離心式壓縮機(jī)是利用離心力的作用，以壓縮氣體或空氣。在這類壓縮機(jī)中轉(zhuǎn)子對(duì)氣體作功，氣 體在轉(zhuǎn)子的作用下形成高速，然后進(jìn)入擴(kuò)壓器使速度降低，將動(dòng)

8、能變?yōu)閴耗?。所有的工作都在沒(méi)有 封閉限制和物理擠壓的情況下進(jìn)行的，它不同于變?nèi)輭嚎s機(jī)。離心式壓縮機(jī)（圖 3-2和圖3-3）基本上由一個(gè)帶通道的室和裝有轉(zhuǎn)子的軸、軸承及防止氣體沿軸泄漏的密封裝置組成。不同的離心式壓縮機(jī)具有不同形狀的蝸殼、轉(zhuǎn)子和擴(kuò)壓器。離心式壓縮機(jī)中只有轉(zhuǎn)子和軸轉(zhuǎn)動(dòng)，故運(yùn)動(dòng)部件很少，因此，潤(rùn)滑油耗量和維修費(fèi)用均低。離心式壓縮機(jī)為連續(xù)式排出，無(wú)周期性的脈動(dòng)。通常由于壓縮比較低和摩擦損耗較小而不需冷卻（多 級(jí)壓縮則需要某種型式的冷卻）。因?yàn)闆](méi)有容積變化，故壓縮比較低。因?yàn)殡x心式壓縮機(jī)有不受限制的通道和連續(xù)流動(dòng)的特點(diǎn)，所以它是排量大、壓縮比低的一類機(jī) 械，容易在站內(nèi)以串聯(lián)方式來(lái)安裝。用

9、這種方式每臺(tái)壓縮機(jī)只需要承擔(dān)壓縮機(jī)站的總壓縮比的一部 分。此類壓縮機(jī)的工作容積超過(guò) 283m3/分，排出壓力高達(dá) 0.68MPa。3往復(fù)式壓縮機(jī)往復(fù)式壓縮機(jī)在氣體工業(yè)中使用最為普遍。實(shí)際上這類壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)各種壓力和排量。往復(fù)式壓縮機(jī)（圖3-4）具有許多運(yùn)動(dòng)部件，因此，機(jī)械效率比離心式要低。往復(fù)式壓縮機(jī)每個(gè)汽缸 裝置都有活塞、汽缸、汽缸頭、吸入和排出閥，以及將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)運(yùn)動(dòng)所需的部件（連桿、 十字頭、曲柄銷、活塞桿）組成。往復(fù)式壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)是在一定的壓縮比范圍內(nèi)，選擇適當(dāng)?shù)幕钊?排容和汽缸間隙容積。此間隙容積可以是固定的，也可以是可變的，它取決于工作范圍的大小程度 和達(dá)到的荷載變

10、化百分?jǐn)?shù)等情況。常用的往復(fù)式壓縮機(jī)具有高達(dá) 850m3/分的排量，和高達(dá)68MPa的排氣壓力。圖3-4在選用壓縮機(jī)時(shí)，必須考慮到壓 -容特性曲線和驅(qū)動(dòng)設(shè)備的型式。小型回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)（葉片或轉(zhuǎn) 子式）通常用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。大排量變?nèi)輭嚎s機(jī)在低轉(zhuǎn)速下工作，往往用蒸汽或燃汽發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，還可 用蒸汽透平或電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速齒輪來(lái)驅(qū)動(dòng)。在氣體工業(yè)中，最廣泛使用的往復(fù)式壓縮機(jī)是常規(guī)的高速 機(jī)器，通常用蒸汽透平或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。往復(fù)式和離心式壓縮機(jī)均廣泛用于天然氣工業(yè)。壓縮機(jī)規(guī)格有適用于單獨(dú)的油、氣井的小型機(jī) （往往是撬裝）及用于管線增壓的大型機(jī)械。技術(shù)人員要確定一定量的氣體從低壓到壓縮到高壓時(shí)所需的近似功率，或者對(duì)已知規(guī)格

11、的壓縮機(jī)在一定吸入和排出條件下，估算其排量。表3-1國(guó)內(nèi)氣田天然氣增壓壓縮機(jī)使用現(xiàn)狀表制造廠機(jī)型排 量m3/min壓力，MPa軸功率kW驅(qū)動(dòng)機(jī)型號(hào)或類型使用油田名稱臺(tái)數(shù) 臺(tái)進(jìn)氣排氣上海壓縮機(jī)廠H22( n )-260/152601.52000TDK260/55-24大慶/大港11/6沈陽(yáng)氣體壓縮機(jī)廠4M12-100/421004.21000電動(dòng)機(jī)遼河/勝利16/11北京第一通用機(jī)械廠2D12-70/0.113700.011.3500JB500-12大慶10北京第一通用機(jī)械廠4L-28/0.35280.030.5120電動(dòng)機(jī)大慶3北京第一通用機(jī)械廠4L-45/1-6450.10.6150電動(dòng)機(jī)遼

12、河13北京第一通用機(jī)械廠P-5/0.3-2.550.030.2555JDO315S-14P遼河8北京第一通用機(jī)械廠P-28/2-8280.20.890電動(dòng)機(jī)勝利3四川空氣壓縮機(jī)廠2MT10-2.8-11.4/452.811.40.130.80.54.5174天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)大港/勝利/四川1/3/22四川空氣壓縮機(jī)廠MT10-1.4-5.7/451.45.70.130.80.54.587天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)四川7北京第一通用機(jī)械廠2D12-150/2-81500.20.8500電動(dòng)機(jī)中原8四川空氣壓縮機(jī)廠2D16-10.4-14.4/5-6810.414.40.56.06.8283757TDF800-16

13、/2150四川2美國(guó)艾瑞爾公司JGR/2-H150G329天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)四川2美國(guó)艾瑞爾公司JGR/2-L150G379天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)四川2美國(guó)艾瑞爾公司JG/4300G3408天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)四川11美國(guó)庫(kù)伯能源服務(wù)公司C-4231二沖程天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)大慶美國(guó)庫(kù)伯能源服務(wù)公司DPC-6045二沖程天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)四川6制造廠機(jī) 型排 量壓力，MPa軸功率驅(qū)動(dòng)機(jī)型號(hào)或類型使用油田名稱臺(tái)數(shù)m3/mi n進(jìn)氣排氣kW臺(tái)美國(guó)庫(kù)伯能源服務(wù)公司DPC-8060二沖程天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)大慶15美國(guó)庫(kù)伯能源服務(wù)公司DPC-11585二沖程天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)四川6美國(guó)庫(kù)伯能源服務(wù)公司DPC-230172二沖程天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)四川8美國(guó)庫(kù)伯

14、能源服務(wù)公司DPC-360269二沖程天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)四川13美國(guó)英格索蘭公司2KDA/G342NA8.25X 8.25X 4.527.70.351.05149G342天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)華北2美國(guó)英格索蘭公司2KDA/G379NA7.5 X 7.5 X 4.569.450.952.7246G379天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)華北2美國(guó)英格索蘭公司2KDA/G379NA6X 6X 4.5118.052.54246G379天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)華北4美國(guó)英格索蘭公司2K0A-1200.050.150.80632天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)勝利3美國(guó)英格索蘭公司4K0A-3690.050.152.2632天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)勝利5美國(guó)英格索蘭公司3RDS-3

15、1040.71.2703中原3美國(guó)德萊賽蘭公司2RDS-186.10.31.2700G399天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)中原16美國(guó)德萊賽蘭公司2RDS-147.20.71.6700G399天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)中原4第二節(jié) 往復(fù)式壓縮機(jī)、壓縮機(jī)的工作原理往復(fù)式壓縮機(jī)（如圖3-5 ）由曲柄連桿機(jī)構(gòu) 將驅(qū)動(dòng)機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛钊耐鶑?fù)運(yùn)動(dòng)。氣缸和活塞共同組成實(shí)際氣體壓縮的工作腔，活塞在氣缸作往復(fù)運(yùn)動(dòng), 使氣體在氣缸內(nèi)完成進(jìn)氣、壓縮、排氣等過(guò)程，由進(jìn)、排氣閥控制氣體進(jìn)入與排出氣缸。 氣體在被壓縮過(guò)程中壓力升高，因而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體增壓的目的。圖3 - 5活塞式壓縮機(jī)示意圖(“)(b)活塞式壓縮機(jī)的壓力范圍十分廣泛，其進(jìn)氣壓力低至真

16、空，排氣壓力高達(dá)2100MPa以上。當(dāng)壓縮機(jī)的 排氣量在310m3/min時(shí)，氣缸的冷動(dòng) 一般采用 風(fēng)冷，活 塞桿與曲軸直聯(lián)，無(wú)十字頭 。當(dāng)排氣量在10m3/min以上時(shí)，大多為水冷, 有十字頭。往復(fù)式壓縮機(jī)的氣缸有單作用和雙作用兩種。單作用是只有氣缸一端才有進(jìn)、排氣閥，活塞往復(fù)一次，只能壓縮一次氣體（一次吸、排氣）。雙作用則是指氣缸兩端都有進(jìn)、排氣閥，活塞往返運(yùn)動(dòng)時(shí)，都可以壓縮氣體（兩次吸、排氣）。活塞式壓縮機(jī)可以制成單級(jí)或多級(jí)壓縮。氣缸通常采用有油潤(rùn)滑，必 要時(shí)也可采用無(wú)油潤(rùn)滑氣缸。 三、壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn) 用于氣田天然氣增壓的活塞式壓縮機(jī) 主要結(jié)構(gòu)型式有臥式、立式、角度 式和對(duì)稱平衡

17、型四種。1臥式壓縮機(jī)氣缸均布置在曲軸同一側(cè)，氣缸中心線與地面平行，分單列和 兩列。其特點(diǎn)是裝卸、操作、檢修比較方便，對(duì)廠房高度要求低，輔 機(jī)設(shè)備及管路的安裝布置方便， 機(jī)身、曲軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單； 氣缸串聯(lián)多， 填料數(shù)目少，可避免高壓增料泄漏； 轉(zhuǎn)速低，易損件磨損少，技術(shù)要求低， 使用壽命長(zhǎng) 。但由于在同一列中的串聯(lián)多，且各列之間難以相互平衡，故機(jī)器具有很大的 不平 衡慣性力 ；壓縮機(jī)的重量和尺寸大，占地面積大，往復(fù)運(yùn)動(dòng)零部件重量很大，裝卸維 修困難，垂直度、同心度、平行度不易保證；活塞軒、活塞環(huán)、缸套、填料磨損較快， 基礎(chǔ)投資費(fèi)用大。2立式壓縮機(jī)各列氣缸中心線均與地面垂直 。其特點(diǎn)是 活塞和氣缸鏡面

18、磨損小且均勻，活塞環(huán)使用壽命長(zhǎng)；占 地面積?。欢嗔薪Y(jié)構(gòu)慣性力平衡好，動(dòng)力性能好；機(jī)身形狀簡(jiǎn)單， 輕巧，比重量小 ；最適宜迷宮密封和無(wú)油潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)。但對(duì)廠房的要求較高，同時(shí)裝 卸、操作、維修、管道布置困難； 橫向振動(dòng)大 、管系防振效果差。3角度式壓縮機(jī)各列氣缸中心線之間相互成一定的夾角，但不等于180° 。按不同的氣缸中心線夾角，又 分為 L 型、 V 型、 W 型、扇形等。 除 L 型外，其余V®W朋園型圖3-6角度式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)型式其特點(diǎn)是：動(dòng)力性能好，重量和體積相對(duì)較小；結(jié)構(gòu)緊湊，布 局合理，曲軸主軸承可采用滾動(dòng)軸承，機(jī)械性能好。除以上優(yōu)點(diǎn)外，L型壓縮機(jī)還有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：兩

19、列往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量相等時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)較平衡；兩列90。夾角，立式列為大直徑缸，水平列為小直徑氣缸，大缸磨損較上，機(jī)身受力較好； 中間冷卻器和級(jí)間管道直接安裝在機(jī)器上，結(jié)構(gòu)更合理。但是，角度式壓縮機(jī)機(jī)身受力較復(fù)雜，不宜做成大型機(jī)器，管道架空安裝，維修不便，L型立式列具有立式壓縮機(jī)的特點(diǎn)。4 對(duì)稱平衡型壓縮機(jī)對(duì)稱平衡型壓縮機(jī)的氣缸布置在曲軸兩側(cè)，兩相對(duì)列的曲柄錯(cuò) 角為180° 。這種結(jié)構(gòu)型式是本世紀(jì) 40年代才出現(xiàn)的，優(yōu)點(diǎn)十分顯著，發(fā)展很快， 是氣田天然氣增壓中采用的最主要的型式。四列以上的對(duì)稱平衡型壓縮機(jī)，據(jù)驅(qū)動(dòng)機(jī)設(shè)置的位置可分為M型，H型等型式，如圖3-7所示。其特點(diǎn)：i、n階慣性力完全平衡，慣性力矩小，甚至為零，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn) ，振動(dòng)極小；每?jī)蓚€(gè)相對(duì)列的曲柄錯(cuò)角為180°,兩側(cè)活塞力全抵消，主軸承受力良好，主軸瓦的使用壽命長(zhǎng)；機(jī)器轉(zhuǎn)速高，重量和體積都很小，造價(jià)低，基礎(chǔ)重量輕、體積小； 安裝檢修方便，對(duì)流程變化的適應(yīng)性強(qiáng)；對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)械的性能要求不高。但