離心式壓縮機在榆濟管道中的應(yīng)用

徐川

摘 要：壓縮機是長距離輸氣管道工程中的關(guān)鍵設(shè)備，本文介紹了其在榆林-濟南輸氣管道工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：離心式;壓縮機;影響因素

隨著社會的發(fā)展，能源需求量日益增大，各類能源的開發(fā)程度也逐漸加大。為了適應(yīng)社會的可持續(xù)發(fā)展，并響應(yīng)國家“節(jié)能減排”的號召，天然氣作為清潔能源在我國能源結(jié)構(gòu)中的地位越來越高，各類大型氣田也隨之不斷開發(fā)。壓縮機作為重要的能源轉(zhuǎn)換機器，在輸氣管道工程中是必不可少的。為了應(yīng)對上游氣源的不斷開發(fā)上產(chǎn)、下游用戶需求量的不斷增加以及山東管網(wǎng)的規(guī)劃要求，榆濟管道分公司在榆林首站設(shè)置了壓縮機對天然氣進行加壓輸送。本文針對該工程介紹了離心式壓縮機在長距離輸氣管道工程中的應(yīng)用。

1 壓縮機簡介

壓縮機是壓氣站工藝裝置中的關(guān)鍵設(shè)備，天然氣長輸管道常用壓縮機主要分為：離心式、往復(fù)式兩種。

相較于往復(fù)式壓縮機的大尺寸、小排量、氣流有脈動且大噪聲，離心式壓縮機的優(yōu)點有：排量大、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、外形尺寸小、運行效率高、流量平穩(wěn)、噪聲小、操作靈活、使用壽命長及維護費用少等。另外，氣體在被壓縮過程中不與機械潤滑油接觸，保證了輸送氣體的質(zhì)量。但是，其也有易發(fā)生喘振、單級壓比較低的不足。

針對流量較大、壓比較低的工程，從運行原理、壓縮機結(jié)構(gòu)、運行維護保養(yǎng)、環(huán)保、可靠性能及潤滑油損耗和污染等技術(shù)性能上，采用有較強適應(yīng)性、運轉(zhuǎn)周期長等特征的離心式壓縮機能夠更好地滿足實際需要。

1.1 工作原理。在葉輪葉片的旋轉(zhuǎn)做功下，氣體進入腔體后動能、勢能均得到提高。接著在流通截面逐漸擴大的擴壓器中氣體由于擴張速度下降，此時動能轉(zhuǎn)化為勢能。隨后氣流通過彎道、回流器由離心方向改變?yōu)橄蛐姆较蚓鶆蜻M入下一級。最后氣體在末級擴壓器后進入蝸殼（由于蝸殼曲率半徑及流通截面的逐漸擴大，它也有降速擴壓的作用）匯集并引出壓縮機。

1.2 性能曲線。離心式壓縮機的性能曲線的影響因素，主要包括級數(shù)的影響和轉(zhuǎn)速的影響。離心式壓縮機的性能曲線是多級性能曲線，由各單級性能曲線“疊加”而成。

喘振工況點（最小流量工況點）： （Qmin）末級>（Qmin）第一級

當(dāng)Qs>Qd時，沖角θ為負(fù)，葉片工作面產(chǎn)生邊界層分離，但比較穩(wěn)定，不易繼續(xù)發(fā)展，影響不大;

當(dāng)Qs發(fā)生喘振的內(nèi)因是流量過小，導(dǎo)致機內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重的“旋轉(zhuǎn)分離”;外因是下游管網(wǎng)壓力高于排氣壓力，造成氣體倒流。喘振發(fā)生后，機組會強烈振動，嚴(yán)重時會破壞密封、軸承等部件，甚至損壞整套機組。在實際的本工程榆林首站，不會觀察到這種振蕩現(xiàn)象，因為本站采用的進口壓縮機的制造工藝水平、邏輯控制系統(tǒng)都非常成熟，其機組出口設(shè)有一路冷旁通流程

堵塞工況點（最大流量工況點）：（Qmin）末級>（Qmin）第一級

當(dāng)Qs增大到一定程度（此時θ為負(fù)），摩阻損失、沖擊損失、波阻損失等都將迅速增大，以至于理論能頭全部被消耗在各種損失上，氣體壓力得不到提高，流量也就不能繼續(xù)增大。

2 壓縮機的應(yīng)用

中國石化榆林中國石化榆林—濟南輸氣管道工程是國家“十一五”重點工程，設(shè)計全長約1045km ，設(shè)計年輸量30×108m3。管線東西橫穿毛烏素沙漠邊緣、黃土高原、呂梁山脈、太岳山脈、太行山脈等復(fù)雜地段，起于陜西榆林，止于山東濟南。全線共設(shè)置12 座站場，其中首站（壓氣站）1 座、輸氣站11 座;管道沿線設(shè)線路截斷閥室共40 座，其中RTU 閥室8 座。

電驅(qū)離心式壓縮機已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于天然氣長輸管道，榆濟首站作為榆林—濟南輸氣管道現(xiàn)有的唯一一座壓氣站，擔(dān)負(fù)著接收上游來氣并增壓外輸?shù)娜蝿?wù)，采用的即是該類壓縮機。隨著陜、晉、豫、魯四省經(jīng)濟快速發(fā)展，對一次能源的需求量呈跨越式增長，以及“十二五”期間，鄂爾多斯天然氣、大牛地氣田持續(xù)增儲上產(chǎn)，“十二五”末氣田產(chǎn)量將大幅增加，目前榆濟管道正在進行增壓擴能建設(shè)，設(shè)計輸量將達到50×108m3。

榆林首站已配備了3 臺由G E新比隆公司制造的BCL355型離心式壓縮機，以及ABB公司生產(chǎn)的AMI710L4LBSPFM 型變頻驅(qū)動電機。

壓縮機組運行方式如下：

2010年12月15日至2011年4月7日，總輸氣量575×104m3/d～

645×104m3/d，2用1備;

2011年4月7日至2011年11月30日，總輸氣量515×104m3/d～

565×104m3/d，1用2備;

2011年11月30日至2012年3月25日，總輸氣量590×104m3/d ～670×104m3/d，2用1備。

不過，隨著上游氣源的不斷增產(chǎn)，回流比越來越小，能耗逐漸降低。所以，大型壓氣站投運后，在技術(shù)、經(jīng)濟可行的前提下，不斷優(yōu)化壓縮機組的運行方案影響著業(yè)主單位的運營成本。

3 設(shè)計要點

3.1 壓縮機組工藝流程。①正常流程。②越壓縮機流程。③防喘振流程。當(dāng)輸氣量較小時，氣體通過壓縮機會發(fā)生喘振，需將空冷器出口的部分氣體通過防喘振閥回流至壓縮機入口，增大入口流量防止喘振發(fā)生。④熱/冷旁通流程。壓縮機緊急停車時，防喘振回路的氣體不能及時回流至壓縮機入口，為防止壓縮機損壞，在壓縮機出口增加快速回流流程，保護壓縮機在緊急停車時不受損壞。⑤安全放空流程。壓縮機出口與空冷器之間設(shè)安全閥，當(dāng)壓縮機出口壓力高于設(shè)定值時，安全閥自動起跳放空。⑥自動放空流程。自動放空流程由球閥、電動放空閥和限流孔板組成，電動放空閥接入站場ESD系統(tǒng)。當(dāng)站場觸發(fā)一級關(guān)斷時，ESD系統(tǒng)連鎖打開該電動放空閥，放空壓縮機區(qū)域管道內(nèi)的氣體。

3.2 壓縮機組配管。①榆林首站離心壓縮機采用的GE壓縮機為上進上出的形式，進出口管線上設(shè)置可拆卸短節(jié)以方便壓縮機檢修時的拆卸。②放空及輔助系統(tǒng)管線應(yīng)集中布置于在壓縮機房的同一側(cè)，另一側(cè)設(shè)置巡檢通道。③處于壓縮機房內(nèi)的壓縮機出口管線應(yīng)進行防燙，避免現(xiàn)場作業(yè)人員被出口的高溫管線燙傷。④壓縮機組的就地放空管線末端應(yīng)下彎或設(shè)置防雨帽以防止雨水灌入;另外，還需安裝防護網(wǎng)，避免鳥蟲進入堵塞管線。

3.3 需注意的問題。在榆林首站的設(shè)計、施工、投產(chǎn)過程中暴露了一些問題。①循環(huán)冷卻水管線應(yīng)合理設(shè)置一定數(shù)量的放氣閥，以便于及時排出投運時管道內(nèi)的空氣，防止冷卻水泵發(fā)生氣蝕而損壞。②循環(huán)冷卻水來、回水管線與機組的接口處應(yīng)采用軟連接，以減少管線震動對機組產(chǎn)生的不良應(yīng)力。③輔助系統(tǒng)分支管線根部應(yīng)設(shè)置截斷閥，便于檢修維護時關(guān)斷。④室外地上的循環(huán)冷卻水管線應(yīng)設(shè)置保溫電伴熱，用以冬季防凍。⑤儀表風(fēng)管線、密封氣管線應(yīng)采用不銹鋼管。⑥當(dāng)壓氣站地處風(fēng)沙較大的地區(qū)時，壓縮機房應(yīng)設(shè)空氣過濾系統(tǒng)，通過風(fēng)機箱送入室內(nèi)，防止風(fēng)沙進入。

4 結(jié)語

①離心式壓縮機的運行特性受來氣條件（特別是來氣溫度）的影響較大，壓縮機廠商基于試驗工況的特性曲線不能準(zhǔn)確反映現(xiàn)場實際的壓縮機性能來準(zhǔn)確指導(dǎo)生產(chǎn)。當(dāng)來氣條件變化時，應(yīng)對壓縮機組的運行方式進行優(yōu)化。②當(dāng)流量較小，壓縮機打回流運行時，建議關(guān)小防喘閥開度，以減小回流流量，降低能耗。③壓縮機是榆林首站、乃至榆濟管道的核心設(shè)備，由于氣源來氣壓力較低，天然氣必須增壓才能滿足外輸要求，因此，壓縮機能否順利投用直接影響到整個工程的成敗;同時，壓縮機組及輔助系統(tǒng)的投資比重非常大，占到了榆林首站總投資的80%左右，因此，壓縮機組及輔助系統(tǒng)的設(shè)計尤為重要。