離心壓縮機(jī)節(jié)能技術(shù)探討

李新偉（大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司）

離心壓縮機(jī)是大慶油田天然氣處理裝置中的核心設(shè)備，也是裝置中的主要耗能設(shè)備。目前，大慶油田天然氣分公司離心壓縮機(jī)共計(jì)9種15臺(tái)，其耗電量占裝置總耗電量的比例高達(dá)85%，隨著分公司生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大型離心壓縮機(jī)的進(jìn)一步應(yīng)用，對(duì)壓縮機(jī)的能量消耗、效率有著更高的要求。因此，采取合理有效的措施，降低壓縮機(jī)能耗，對(duì)裝置的節(jié)能增效有重大意義。本文從離心壓縮機(jī)的工藝參數(shù)控制、機(jī)組結(jié)構(gòu)優(yōu)化和調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的改進(jìn)三方面介紹和探討了離心壓縮機(jī)的主要節(jié)能技術(shù)，并結(jié)合分公司生產(chǎn)實(shí)際提出了相應(yīng)的改進(jìn)意見。

1 合理控制工藝參數(shù)

1.1 選擇合理的吸入壓力

壓縮機(jī)吸入壓力的選取，對(duì)壓縮機(jī)能耗有很大影響，吸入壓力越低，能耗越大，尤其是壓縮機(jī)一段吸入壓力，對(duì)壓縮機(jī)能耗的影響更大[1]。適當(dāng)提高壓縮機(jī)吸入壓力，有利于降低壓縮機(jī)能耗。

目前，采油廠伴生氣的供氣壓力較低，導(dǎo)致裝置的入口壓力普遍偏低。針對(duì)此問(wèn)題，在裝置中應(yīng)用了高效旋風(fēng)入口分離器，努力減少進(jìn)氣管網(wǎng)阻力，在保證足夠的處理氣量前提下盡量提高壓縮機(jī)入口壓力，以降低來(lái)氣壓力低對(duì)壓縮機(jī)能效的不利影響。

1.2 降低壓縮機(jī)各段間壓降

降低壓縮機(jī)段間壓降，對(duì)于降低壓縮機(jī)功耗有顯著的影響[2]，可以采取以下方法來(lái)降低段間壓降：將高效換熱器作為級(jí)間冷卻器使用；工藝配管盡量減少不必要的管件和彎頭數(shù)；調(diào)整操作條件，使冷卻器結(jié)垢降至最低程度。

1.3 控制壓縮機(jī)各段氣體入口溫度

由壓縮循環(huán)過(guò)程分析得知：在多級(jí)壓縮過(guò)程中，壓縮機(jī)的級(jí)間冷卻效果直接關(guān)系到其級(jí)間溫度的控制，合理控制壓縮機(jī)各段氣體的入口溫度對(duì)壓縮機(jī)的節(jié)能增效有著顯著的作用。

分公司裝置中離心壓縮機(jī)級(jí)間或機(jī)后冷卻多采用干式空冷器和循環(huán)水冷卻器，存在的主要問(wèn)題是干式空冷器夏季出口溫度高，循環(huán)水冷由于水質(zhì)差，換熱效率下降。冷卻溫度過(guò)高已成為裝置壓縮機(jī)能耗增加、制冷深度下降的重要原因。

針對(duì)此問(wèn)題，分公司陸續(xù)將5套裝置的壓縮機(jī)級(jí)間或機(jī)后冷卻由原水冷方式改成表面蒸發(fā)空冷器冷卻，表面蒸發(fā)空冷器可充分利用自然冷量；應(yīng)用后，使天然氣的冷卻溫度降低了5～10℃。5套裝置壓縮機(jī)年可節(jié)電180×104kW h，并減少了循環(huán)水系統(tǒng)消耗，降低了后續(xù)制冷機(jī)的負(fù)荷，節(jié)能效果顯著。

2 優(yōu)化壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)

2.1 三元流葉輪設(shè)計(jì)

三元流葉輪是在三維空間坐標(biāo)中計(jì)算氣體流動(dòng)而進(jìn)行設(shè)計(jì)的，大型壓縮機(jī)使用的基本是三元流葉輪。對(duì)于現(xiàn)有葉輪，可通過(guò)三元流動(dòng)設(shè)計(jì)將其改造為三元流葉輪，以明顯改善葉輪性能。應(yīng)用證明，采用三元流動(dòng)設(shè)計(jì)的新葉輪可比原葉輪的效率提高3%～10% （視原機(jī)設(shè)計(jì)性能和葉輪結(jié)構(gòu)不同，其提高值不同）[3]。由于石油化工行業(yè)的壓縮機(jī)都已相繼進(jìn)入改造期，因此這種改造意義很大，它大大提高了裝置的生產(chǎn)能力及經(jīng)濟(jì)效益。就單機(jī)改造而言，其節(jié)能效果也是非常明顯的。

2.2 葉輪拋光技術(shù)

降低葉輪表面粗糙度是降低輪阻損失的有效途徑之一[4]，降低輪盤表面粗糙度的方法一般是在精鑄或精車的基礎(chǔ)上進(jìn)行打磨拋光。拋光的方法很多，有噴砂拋光、拋光輪拋光、液體拋光、砂帶研拋等，拋光方法要根據(jù)構(gòu)件的具體結(jié)構(gòu)和材質(zhì)選用。其中常用的方法有兩種：針對(duì)表面積較大的輪盤，采用砂帶振動(dòng)研拋的方法；對(duì)于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的零件、深的凹穴、凸臺(tái)以及類似于葉輪流道形狀的曲面流道，采用液體拋光的方法。分公司裝置的部分離心壓縮機(jī)在檢修期間對(duì)壓縮機(jī)葉輪進(jìn)行噴砂處理。實(shí)踐證明，葉輪拋光的節(jié)能效果也十分顯著，可提高壓縮機(jī)效率1%～2%。

3 改進(jìn)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

3.1 合理控制壓縮機(jī)回流量

為預(yù)防發(fā)生喘振工況，離心壓縮機(jī)都設(shè)有防喘振控制系統(tǒng)。離心壓縮機(jī)防喘振控制過(guò)程為：在正常工藝操作情況下，根據(jù)此時(shí)機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，通過(guò)喘振線計(jì)算出防喘振控制線，求出此時(shí)喘振流量設(shè)定點(diǎn)，與入口流量變量相比較進(jìn)行PI控制；根據(jù)PI 運(yùn)算結(jié)果控制防喘振閥的開度控制回流量，從而保持充足的氣體流過(guò)壓縮機(jī)。

過(guò)大的回流量將會(huì)使機(jī)組的能耗增加，分公司深冷與淺冷離心壓縮機(jī)組的回流量大多沒(méi)有計(jì)量，而且防喘振控制信號(hào)為壓縮機(jī)電流信號(hào)。其中，杏三、杏Ⅴ-Ⅰ、南壓深冷機(jī)組采用手動(dòng)控制回流量。控制不精確、回流量大、機(jī)組能耗高是分公司離心壓縮機(jī)組所面臨的普遍問(wèn)題。因此，將防喘振手動(dòng)控制改為自動(dòng)控制，并且研究應(yīng)用更加先進(jìn)準(zhǔn)確的防喘振控制系統(tǒng)對(duì)壓縮機(jī)回流量進(jìn)行精確合理的控制，進(jìn)而降低機(jī)組能耗。

3.2 變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能

傳統(tǒng)的壓縮機(jī)類設(shè)備為達(dá)到控制流量或壓力工藝目的，常采用閥門節(jié)流、旁通回流及排空等負(fù)荷控制手段，這些調(diào)節(jié)方式雖然簡(jiǎn)單易行，但卻是以增加管網(wǎng)損耗、浪費(fèi)能源為代價(jià)的。變頻調(diào)速控制通過(guò)改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)工藝要求的流量或壓力控制目的，沒(méi)有閥門節(jié)流損失，可以有效地節(jié)省能源[5]。

變頻調(diào)速在離心壓縮機(jī)防喘振控制中的應(yīng)用成為變頻調(diào)速節(jié)能的又一優(yōu)勢(shì)。其原理為通過(guò)流量傳感器輸出信號(hào)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，并輸出該轉(zhuǎn)速下的回流量，以達(dá)到流量調(diào)節(jié)的目的，保證了壓縮機(jī)安全運(yùn)行。離心式壓縮機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，不但節(jié)約能源，而且還具有加強(qiáng)卸載能力、降低運(yùn)行噪音、提高功率因素、減輕設(shè)備的磨損等明顯優(yōu)勢(shì)。

隨著油田的油氣生產(chǎn)進(jìn)入中后期，分公司生產(chǎn)裝置的處理氣量較設(shè)計(jì)值已有較大差別，而且裝置在平時(shí)運(yùn)行和檢修調(diào)氣期間的處理氣量存在一定程度上的波動(dòng)。變頻調(diào)速技術(shù)可以有效地降低離心壓縮機(jī)由于進(jìn)氣量波動(dòng)而增加的能耗，在分公司離心壓縮機(jī)組上應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)有很大的節(jié)能前景。

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

離心式壓縮機(jī)的節(jié)能技術(shù)改造可根據(jù)裝置機(jī)組的實(shí)際情況，采用相宜的改造方案。通過(guò)對(duì)離心壓縮機(jī)節(jié)能技術(shù)的探討，并與分公司生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合得出以下結(jié)論及認(rèn)識(shí)。

1）應(yīng)采用合理的方式降低壓縮機(jī)的吸入壓力和級(jí)間壓降，控制壓縮機(jī)各段氣體入口溫度。應(yīng)用高效的入口分離器和級(jí)間空冷器是達(dá)到以上目標(biāo)的有效手段。

2）離心壓縮機(jī)三元流葉輪設(shè)計(jì)和葉輪拋光技術(shù)可有效地提高壓縮機(jī)運(yùn)行效率，降低機(jī)組能耗。

3）研究應(yīng)用更加智能的防喘振控制系統(tǒng)對(duì)壓縮機(jī)回流量進(jìn)行精確合理的控制。變頻調(diào)速—旁通回流不但可以防止喘振的發(fā)生，還可以有效地降低離心壓縮機(jī)由于進(jìn)氣量波動(dòng)而增加的能耗，在天然氣處理裝置離心壓縮機(jī)組中具有很高的實(shí)用價(jià)值。

[1]段慧玲,徐純懋.BCL607離心壓縮機(jī)的節(jié)能改造[J].節(jié)能技術(shù),2009(9):31-33.

[2]修軼繩.段間壓降對(duì)壓縮機(jī)功率的影響.廣州化工[J].2000(2):48-50.

[3]鄒正文,鄒曉東.離心式壓縮機(jī)葉輪拋光的節(jié)能原理及應(yīng)用[J].風(fēng)機(jī)技術(shù),2001(6):23-26.

[4]陳宗華,翟曉寧.大型離心式壓縮機(jī)擴(kuò)容節(jié)能改造設(shè)計(jì)與分析[J].流體機(jī)械,2007(5):29-33.

[5]郭仁寧.金潔.變頻調(diào)速在離心壓縮機(jī)喘振控制中的應(yīng)用風(fēng)機(jī)技術(shù)[J].2008(5):58-61.