淺析天然氣長輸管道壓縮機站設計技術

摘 要：壓縮機站設計技術在天然氣長輸管道設計中起到了舉足輕重的作用，因此，探尋出契合天然氣嘗試管道設計的壓縮機站設計技術就顯得極有意義。本文以壓縮機站的基本設計技術、等壓比布站現實運用分析、壓縮機組適用性分析技術為研究重點來探索我國天然氣長輸管道壓縮機站設計技術。

關鍵詞：天然氣長輸管道；壓縮機站；設計技術

隨著我國西氣東輸工程的不斷推進，我國天然氣長輸管道發展已經取得了長足的進步。眾所周知，壓縮機站設計技術的優劣直接關系到天然氣長輸管道的質量，是決定整個工程成功與否的關鍵所在，是整個配置方案中最為困難的部分。隨著國內設計咨詢單位對天然氣管道特性的認識不斷加深，并不斷總結創新，圍繞長輸管道壓縮機站布站、機組配置、性能模擬等工作形成了一批新的設計技術，對降低管道工程投資，改善管道運行經濟性，提高國內天然氣長輸管道工程設計水平具備極為重要的社會意義和現實價值。

1.壓縮機站的基本設計技術

壓縮機站的設計是天然氣長輸管道的重中之重，壓縮機機組的驅動能耗占據壓縮機站的絕大部分。壓縮機站技術耗費也是極高的，一般情況下，一個壓縮機站基本要耗費幾億元。因此，選擇合理的壓縮機站技術是實現降低投資、節能降耗、經濟運行的關鍵因素。通過西氣東輸一線管道、澀寧蘭輸氣管道增壓工程的設計實踐，國內長輸管道設計單位積累了大量國內外壓縮機組的性能資料，對常用壓縮機組的工作范圍、性能及機械特點有了較全面的認識，在等壓比布站技術的基礎上提出了等負荷率布站技術。

等壓比布站是指在壓縮機站布站的過程中，各站按基本相同的壓比設置壓縮機站。西氣東輸一線即采用了國內外常用的等壓比布站方案，各站壓縮機壓比保持基本一致，簡化了設計過程。而等負荷率布站是指結合站場的實際高程和環境溫度，按相同的壓縮機組負荷率設置壓縮機站。對于壓縮機站數量非常多的輸氣管道，相對于等壓比布站，采用等負荷率方案布站，能夠更好與站場所在區域的環境因素相結合，不僅可以節約投資，而且能夠最大限度地發揮機組的能力，將壓縮機組的功率“吃干榨凈”，避免形成輸量瓶頸。

2.等壓比布站現實運用分析

西氣東輸二線管道霍爾果斯-中衛段和中衛-廣州段分別采用1 219 mm/12 MPa、1 219 mm/10 MPa的工藝方案，年設計輸量300×108 m3。該管道橫貫我國東西，沿線地區地理環境差異明顯。由于驅動機組的可輸出功率與海拔、環境溫度密切相關，同一機組在不同海拔和環境溫度下的可用功率差異較大，對于同樣是30 MW 等級的燃氣輪機，在東段低海拔地區可輸出功率達27 MW，而在甘肅永昌地區可輸出功率不足21 MW，兩者相差高達22%。

采用等壓比的方案布站，干線共需要設置26 座壓縮機站。受制于高海拔地區燃氣輪機的功率折減效應，在夏季最高輸量的條件下，只有永昌站的壓縮機組能夠達到最大的輸出功率，其余各站的壓縮機組均有不同程度的功率富裕，因此，永昌站壓縮機組成為制約提升管道輸量的瓶頸，其余各站的功率富裕則成為資源浪費。

采用等負荷率方案布站，最大程度地使各站壓縮機組負荷率都達到平均值，并使夏季最高輸量下各站機組負荷率基本都達到100%，從而既避免出現輸量瓶頸，又避免各站壓縮機組功率的浪費。在全部采用燃驅的工況下，按等負荷率布站，西氣東輸二線西段精河——古浪間各站壓縮機組負荷率雖然相同，但壓比存在一定差異，海拔低、溫度低的壓縮機站壓比相對高一些，反之亦然。由于離心式壓縮機的機芯工作范圍較寬，壓比在一定范圍內變化基本不會影響機組效率，也無需調整葉輪尺寸。采用等負荷率布站技術，西氣東輸二線干線管道設置25 座壓縮機站，與采用等壓比布站方案相比，減少1 座壓氣及3 臺30 MW 等級壓縮機組，直接工程投資可節約5×108 元以上，而且各站機組均能在高效區工作，管道自用氣消耗量約減少2 000×104 m3/a，管道運行費用下降約3 500×104 元/a。

3.壓縮機組適用性分析技術

壓縮機組供貨商在投標文件中提供的性能曲線一般只包含有限個水力工況點的參數。對于多壓縮機站長輸管道，由于下游用氣市場的數據不斷更新，用戶在壓縮機組招標期間提供給壓縮機供貨商的水力參數很可能與實際輸量有很大差別，某些工作點甚至有可能進入喘振線、最大和最小轉速曲線。如果不對壓縮機組進行適用性分析，管道設計者就無法確認不同壓縮機組供貨商提供的壓縮機組能否完全覆蓋管道全部的工況點，無法判定實際工作點在壓縮機性能曲線中的位置，無法確定實際的壓縮機組效率、功率和燃氣耗量等重要參數，無法確定何時需要更換壓縮機轉子，更無從優化壓縮機站的運行參數以獲得最小的能量消耗和最優的運行方案。

在西氣東輸一線管道工程的設計中，對RR、GE、DR 等公司的壓縮機組曲線進行了仿真擬合，并對上述廠商壓縮機組的適用性進行了模擬；在西氣東輸一線管道增輸工程的設計中，廣泛利用了壓縮機組適用性分析對管道失效工況進行了模擬；在西氣東輸二線管道工程的設計中，也廣泛采用該項技術，完成了很多以往無法開展的水力工況分析工作。

4.結語

綜上所述，壓縮機站等負荷率布站設計技術、壓縮機組備用方案定量評價方法、壓縮機組適用性分析技術是近年在天然氣長輸管道壓縮機站工藝設計實踐過程中發展起來的新技術。已經建成的西氣東輸二線干線管道和正在設計中的西氣東輸三線管道均采用等負率布站技術完成了壓縮機站布置，并且取得了不錯的成績。因此，筆者通過相關技術以其能夠起到優化壓縮機組的運行工況，進一步提高國內天然氣長輸管道工程的設計水平的目的。

參考文獻

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[2] Sidney Pereira dos Santos. Compressor station availabilitymanagingits effects on gas pipeline operation[C].IPC 2006-10560，2009.

作者簡介：

宋明國，1983年6月，男，漢族，山東省濟南市，助理級工程師，本科，單位：中國石油西氣東輸管道公司。