壓縮機驅動方式改造及分析

王宇鵬 郭劍衛

（山西藍焰煤層氣集團有限責任公司，山西 晉城 048204）

1 引言

煤層氣壓縮機通常采用電動機或發動機進行驅動，藍焰煤層氣公司李莊首站共有6臺大型往復式煤層氣壓縮機。壓縮機型號為4RDSB-2，進氣壓力范圍0.11～0.2MPa，機組排量范圍為22.67～36.93×104Nm3/d。采用四缸二級壓縮，驅動機選用美國卡特彼勒(Caterpillar)公司G3606型發動機，該發動機原料為煤層氣。從2009年運行至今，李莊首站存在發動機老化、故障率高、維修保養費用高等缺點。與此同時，公司35kV變電站負荷充裕，且電機驅動壓縮機具有操作簡單、故障率低、維修保養費用低等特點，因此，決定對李莊首站壓縮機的驅動方式進行改造，由燃氣發動機驅動改為高壓電機驅動。

2 改造方案

2.1 電機的選擇

李莊首站壓縮機組改為電動機驅動壓縮機，單臺壓縮機組連續運行，總處理量與改造前保持一致，即為 22.67～36.93×104Nm3/d。選用佳木斯防爆變頻電機驅動，變頻啟動，整機橇裝，保留空氣冷器冷卻，空冷器由單獨防爆電機驅動。

根據計算，壓縮機軸功率在不同工況下的功率如表1所示。

根據表1計算結果可知，壓縮機最大軸功率為1292.01kW，按照10%的功率余量計算，選取電機功率為1400kW。供電電壓為6kV，啟動和運行方式為變頻控制。

2.2 配套設備改造

改造過程首先是移走發動機及輔助系統，主要包括發動機本體、發動機潤滑油系統、發動機輔助水冷卻系統、點火和轉速控制系統、燃料氣/啟動氣系統、入口空氣系統、排空系統、切斷系統。移走發動機及其輔助系統后，在主底座上對原發動機副底座進行拆除，設計新的主電機副底座進行現場焊接組裝和環氧樹脂灌漿。完成后安裝變頻電機，并安裝配套高壓變頻柜及動力電路，使機組采用變頻啟動及運行。

表1 壓縮機在不同工況下參數表

2.3 控制系統改造

利用原機組PLC控制柜，根據新的驅動方式配置控制和儀表檢測系統，對柜內模塊及輸入輸出進行增補、完善實現改造后機組邏輯控制及連鎖保護。在原壓縮機PLC控制系統的基礎上，進行高壓變頻器與高壓電機的控制程序調試。壓縮機PLC控制系統為美國AB公司生產的控制系統，變頻器采用廣東智光公司產品，壓縮機為江漢三機廠制造。在進行變頻器和機組PLC聯網調試時，由于6kV國產變頻器本身特性，啟機至少需要80s，停機則需要120s。而發動機啟機時間一般不超過5s，停機不超過1s，時間大大延長。時間延長意味著壓縮機在低轉速、低油壓情況下需運行更長的時間，極易造成主軸瓦、連桿瓦磨損。后經過多次試驗和研究，將啟機時間縮短至50s，且將預潤滑油泵與停機信號進行連鎖，即停機時讓潤滑油泵工作進行機組的后潤滑。同時，新增了電機軸承溫度、繞組溫度顯示，電機轉速以及現場冷卻水泵等輔助設備的控制。壓縮機變頻控制示意圖如圖1所示。

圖1 壓縮機變頻控制示意圖

3 改造后運行情況

壓縮機由燃氣發動機驅動改為高壓電機驅動后，壓縮機運行穩定，轉速可以在700r/min到1000r/min自由調整，各項運行參數均在設計范圍內。

經過3個月運行總結，電機驅動的優點：

（1）啟機簡單，成功率高。

（2）運行可靠，故障停機次數少。

（3）維護保養工作簡單，電機只需定期檢查線路、開關等，而發動機每2000h即需要定期保養。

（4）提高了公司35kV變電站的負載率，由17.4%提高至58.6%。由于基本容量費為固定值，經統計綜合電費單價下降幅度為12.01%。

（5）室外空冷器熱負荷明顯下降，機組運行穩定性大大提高。發動機驅動壓縮機時，室外空冷器需要給發動機水套水和壓縮機工藝氣、潤滑油降溫。改為電機驅動壓縮機后，冷卻器只需要給壓縮機工藝氣和潤滑油進行降溫。

當然，發動機驅動壓縮機也有其不可替代的優點。

（1）適用于電網負荷不足或覆蓋不到的地區。

（2）發動機驅動時機組運行互相獨立，基本不會發生同時停機的情況。改用電機驅動后，若遇突然停電或者電氣柜故障，就會導致機組同時停機。

4 結論

改造工作表明，煤層氣壓縮機采用燃氣發動機驅動和高壓電機驅動各有其優缺點。燃氣發動機驅動壓縮機適用于供電條件差、可靠性低及煤層氣售價低的背景，優點是不受供電條件限制，更適合偏遠地區，缺點是維護費用相對較高。電機驅動煤層氣壓縮機，適用于供電條件好、可靠性高及煤層氣售價高的背景，優點是啟機簡單，電機維護簡單，費用低，缺點是配套電氣設備多，對供電和電氣維護人員要求較高。