壓氣站壓縮機組經濟運行分析

王玉龍 王剛

摘 要：天然氣在輸氣管道的流動過程中由于水力摩阻的影響，其壓力會逐步下降， 從而導致輸氣管道通過能力的降低，因此，為了在輸氣管道中保持規定的天然氣流量，并確保天然氣在管道沿線的最優壓力，就必須建造壓氣站。壓氣站是干線管道不可分割的組成部分，依靠壓氣站的動力設備可以保證要求的輸氣量得以實現，壓氣站的工作參數決定了輸氣管道的工況。當用氣量發生變化時，就可以調節輸氣管道的工況，從而最大限度地利用輸氣管道的儲氣能力。壓氣站用來輸送氣體的動力機械設備有離心式壓縮機和活塞式壓縮機，其驅動裝置的類型主要可分為燃氣輪機、電動機和燃氣發動機3種，其中燃氣輪機占85.5%，電動機占13.5%，燃氣發動機占1%。

關鍵詞：西氣東輸 ? ?天然氣

燃氣發動機多用于直徑較小（300～350mm）的輸氣管道。鑒于有關介紹燃氣輪機和電動機驅動的離心式壓縮機機組的文章較多，現僅以燃氣發動機驅動的活塞式壓縮機機組為例，分析說明其輸氣量、功率與工況的關系。活塞式壓縮機具有適用壓力范圍廣、壓縮效率高（大型活塞式壓縮機的絕熱效率高達80%以上）、適應性強等優點。

1壓縮機的主要參數及其影響因素

由（1-1）式可見，影響壓縮機排氣量的主要因素有：吸氣系數λs （包括容積系數λv 、壓力系數λp、溫度系數λt、泄漏系數λl），行程容積Vh和轉速N。

由（1-2）式可知，當氣缸尺寸一定時，影響壓縮機示載功率的主要因素是轉速、壓縮比、相對壓力損失以及氣體的性質等。

2各種條件下壓縮機排氣量和功率的變化

現將常見的情況從上述理論公式（1-1）、（1-2）及機組參數對影響活塞式壓縮機排氣量和軸功率的因素進行分析如下：

2.1進氣壓力的影響

對于已有的壓縮機，在排氣壓力保持不變的情況下，其排氣量是隨著進氣壓力的升高而增加，進氣壓力的降低而減少的;其軸功率是隨著進氣壓力的升高而減少，進氣壓力的降低而增加的，

2.2排氣壓力的影響

在進氣壓力保持不變的情況下，排氣量隨著排氣壓力的升高而減少，同時軸功率增加;而當排氣壓力降低時，排氣量上升而軸功率減少。

2.3進氣溫度的影響

排氣量隨著進氣溫度的降低而增加，隨著進氣溫度的升高而減少。

2.4轉速的影響

在相同的工藝條件下，當轉速提高時，排氣量和軸功率同時提高。提高轉速是加大排氣量的有效途徑。

2.5余隙容積的影響

減少余隙容積將使壓縮機的排氣量增加，反之，將使壓縮機的排氣量減少。

2.6泄漏的影響

泄漏將減少壓縮機的排氣量，有時甚至會造成嚴重的影響。

綜上所述，為了提高壓縮機的有效利用率， 充分發揮壓氣站在輸氣管道中的作用，在壓縮機軸功率的許可條件下，應當盡量提高壓縮機的排氣量。而提高轉速， 降低吸氣溫度，減少氣缸余隙容積，減少管網、設備的氣體阻力損失，減少機器各部位的泄漏都是提高壓縮機排氣量的有效辦法。

綜上所述， 從設計階段就要考慮選用合理的管徑、壓力和工藝參數等; 在輸氣過程中， 還要對輸氣管道的工藝運行模式和壓縮機運行狀況進行優化，以達到節能降耗、提高管道輸送效率及延長管道使用壽命的效果。

3案例分析

下面以靖西線為例說明提高天然氣管道經濟運行的方法：

靖邊至西安的輸氣管道目前有兩條，第一條管道于1997年建成投產，全長488 km，受資金和其他條件的制約，其設計管徑為426mm，設計壓力4.0～5.8MPa，輸氣能力為5×108m3/a，后期又增建了兩座壓氣站，最大輸氣能力為10×108m3/a。隨著用戶的迅速發展，經過不到5年的運行時間，其輸氣能力已不能滿足下游市場的需求。第二條管道于2003年開始建設，設計管徑為610mm，設計壓力6.4MPa，設3座壓氣站，輸氣能力可達30×108m3/a。從以上可以看出，通過增大管徑、提高壓力、縮短壓氣站的站間距等方法有效地增強了管道的輸氣能力。

靖西天然氣管道在冬季供氣高峰來臨時，一般將其下游壓力維持在3.3MPa 左右（ 設計值為2.75MPa） ， 比設計值高出0.55MPa。若下游管網（ 靖西一、二線） 的壓力下降至設計值，按100km的管道計算，可以應對30×104m3/d的氣量突增，從而保證下游市場的正常用氣。在冬季供氣高峰快結束時，靖西線的下游用氣量每日突減約20×104m3，這時再將下游壓力降至20MPa左右。這樣便完全可以滿足下游調峰的需要。

在靖西線末端壓力為2.75MPa時，將首站壓力從4.4MPa增至4.5MPa，可使日輸氣量增加17×104m3，其中靖西一線（Ф426） 每日約增加5×104m3，靖西二線（Ф610）每日增加12×104m3。當首站壓力為4.5MPa，將末站壓力從2.75MPa降至2.65 MPa時，可使日輸氣量增加12×104m3，其中靖西一線每日增加3×104m3，靖西二線每日增加9×104m3。

當管道的輸送效率低于95%時，應對管道進行清管，從而才能充分發揮管道的輸氣能力。長輸管道的輸氣溫度和地溫基本相同（約16℃），而壓縮機出口的輸氣溫度一般應降至40℃以下。

以靖邊壓氣站A機組為例：在進氣壓力為4.3MPa，排氣壓力為5.35MPa，轉速從980 轉/min提高到1030轉/min時（其它參數不變），排氣量從87×104m3/d提高到90×104m3/d;在排氣壓力為5.5MPa，轉速為1000轉/min，進氣壓力從4.2MPa 提高到4.3MPa時（其它參數不變），排氣量從87×104m3/d提高到89×104m3/d;當進站壓力為4.3MPa，轉速為1000轉/min，排氣壓力從5.6MPa 降至5.5MPa時，排氣量從88×104m3/d 提高到89×104m3/d;當進氣壓力為4.3MPa，排氣壓力為5.5MPa，轉速為1000轉/min，余隙容積從10%提高到15%時，壓縮機的排氣量從89×104m3/d 降至84×104m3/d。

4結論

從設計階段就要考慮選用合理的管徑、壓力和工藝參數等;在輸氣過程中以達到降低運營成本，提高效益的作用。

過程中，還要對輸氣管道的工藝運行模式和壓縮機運行狀況進行優化，以達到節能降耗、提高管道輸送效率及延長管道使用壽命的效果。

參考文獻：

[1]徐康.基于故障分析的離心式與往復式壓縮機性能對比[J].石油和化工設備，2019（09）：86-90.