【壓縮機網(wǎng)】天然氣作為一種清潔能源，廣泛應用于工業(yè)、居民生活、軍事等各方面。天然氣的合理運輸可以降低運輸成本，促進(jìn)天然氣消費。長(cháng)輸管道作為天然氣的主要運輸方式，其運輸成本低，得到了大量的發(fā)展。我國已經(jīng)建成了眾多大型的天然氣輸氣工程，如西氣東輸、川氣東送等，而天然氣長(cháng)輸管道在建設時(shí)，壓縮機的選型就是其中的難點(diǎn)之一，如何合理的選用壓縮機成為了一個(gè)關(guān)鍵性課題。
天然氣輸氣增壓工程，就是在已建設備的基礎上，增加輸送壓力，充分利用管道的輸送能力，擴大輸送量，滿(mǎn)足下游用戶(hù)不斷增加的天然氣需求。某已建天然氣輸氣項目，管道的設計壓力為6.3MPa，預計增壓之后的輸氣量為53×108m3/a。
壓縮機分類(lèi)
壓縮機按照其作用原理可以分為容積式和速度式兩大類(lèi)，其中包括活塞式、隔膜式、離心式、軸流式等類(lèi)型。每一種類(lèi)型的壓縮機都具有不同的特點(diǎn)，針對不同工藝條件，不同的使用環(huán)境，適用的壓縮機類(lèi)型不同。選擇合適的壓縮機，不但可以節省能耗，而且可以提高設備運行的穩定性。
活塞壓縮機依靠活塞的往復式運動(dòng)，通過(guò)改變體積的方式來(lái)對氣體進(jìn)行增壓。活塞壓縮機每個(gè)循環(huán)包括膨脹、進(jìn)氣、壓縮和排氣4個(gè)過(guò)程，當壓縮機的尺寸確定后，其容積變化規律也得以確定，即使流量有變化，其對輸出壓力的影響也會(huì )相對較小。依靠往復運動(dòng)壓縮體積的作用方式，活塞壓縮機z*高輸出壓力可以達到500MPa以上，單級壓力比可以達到3:1~4:1，單級壓力比高，輸出壓力穩定。
但是由于容積變化需要一定尺寸的箱體來(lái)提供壓縮場(chǎng)所，導致其占地面積較大，流量也會(huì )受到限制，會(huì )略小于離心式壓縮機。同時(shí)流量過(guò)高或壓比過(guò)高時(shí)還會(huì )導致排氣溫度升高，由于閥門(mén)材料以及密封要求的限制，要求排氣溫度低于176℃。對于高壓縮比的活塞壓縮機，采用多級壓縮時(shí)，還配有一套冷卻系統，結構復雜，同時(shí)往復作用導致氣體輸出不連續，對于要求輸出穩定連續的系統，需配置緩沖罐。
離心式壓縮機屬于速度式透平壓縮機的一種，其通過(guò)提高流體動(dòng)能再將動(dòng)能轉化為壓力，以這種形式對氣體進(jìn)行增壓。由于流體在每一級獲得的動(dòng)能有限，使得離心式壓縮機的單級壓力比較小，故離心式壓縮機均為多級壓縮的結構，可提供的z*大輸出壓力會(huì )比往復壓縮機稍小。葉輪通過(guò)連續旋轉對氣體進(jìn)行做功，流量z*高可以達到2×105/h左右，且振動(dòng)小，排氣連續，無(wú)周期脈動(dòng)效應，磨損小，使用壽命長(cháng)。
離心式壓縮機穩定的工作范圍較窄，因此需要一套控制系統，當流量過(guò)小而沒(méi)有做出反應時(shí)，會(huì )造成喘振，對機器本身及相關(guān)設備都會(huì )造成損傷。對于流量過(guò)小的系統，采用離心式壓縮機會(huì )使其結構過(guò)小而導致擴壓器尺寸小，影響氣體的流動(dòng)。
軸流式壓縮機也屬于速度式透平壓縮機的一種，其工作原理與離心式壓縮機基本相同，不同的是軸流式壓縮機其流體運動(dòng)方向與軸平行，而離心式壓縮機中流體沿著(zhù)垂直于壓縮機軸的方向運動(dòng)。軸流式壓縮機的流量高于離心式壓縮機，但出口壓力較低。雖然其維護簡(jiǎn)單，但是其葉片結構復雜，制造工藝要求高，以及穩定工況區較窄、在定轉速下流量調節范圍小，所以其適用于高流量低壓比的環(huán)境。
壓縮機驅動(dòng)方式的選擇
壓縮機的驅動(dòng)方式主要包括電驅和燃氣驅動(dòng)2種形式。
電動(dòng)機的供電要求為一級負荷，受當地電網(wǎng)的制約，選擇電驅時(shí)需考慮當地電網(wǎng)供電能力，外部電網(wǎng)是否穩定可靠，電價(jià)是否便宜等問(wèn)題，并且要和當地供電部門(mén)做好溝通，簽訂用電協(xié)議，保證供電穩定，故電動(dòng)機一般用于供電充足地區。
燃氣輪機，不受外部條件的制約，僅需要一套供氣設備和控制設備，依賴(lài)性較小，僅依靠管網(wǎng)供氣就可以滿(mǎn)足需求，但會(huì )排出CO2等溫室氣體，環(huán)保性較差，因此，燃氣輪機一般用于供電薄弱且對環(huán)保無(wú)特殊要求的地區。具體的對比見(jiàn)表1。
該項目的增壓站設計建立在陜西榆林附近，該地區供電充足且穩定，可以滿(mǎn)足驅動(dòng)系統對電網(wǎng)的要求，而且從環(huán)保、維修、費用等來(lái)看，電動(dòng)機也均優(yōu)于燃氣輪機，故本項目選擇電動(dòng)機為驅動(dòng)機。
壓縮機選型
在選擇壓縮機時(shí)，需要從各個(gè)方面考慮，例如結構尺寸、驅動(dòng)方式、工作周期、流速、氣體種類(lèi)、壓比等方面。同時(shí)不同工藝條件下，壓縮機的出口條件也是不同的。對于天然氣行業(yè)，螺桿式、隔膜式、軸流式壓縮機流量不高、出口壓力小，因此較少用于天然氣輸送，工程上常使用活塞式和離心式2種壓縮機，我們也針對這種2種類(lèi)型進(jìn)行對比，從中選擇合適的類(lèi)型。
天然氣輸送中要求壓縮機出口的壓力穩定，這是不同于其他工藝中出口流量穩定的要求，需確定進(jìn)口壓力范圍、出口壓力范圍、流量變化及其他工藝參數。除了從工藝方面進(jìn)行考慮外，我們還要從工程實(shí)際出發(fā)，需滿(mǎn)足以下原則：
?。?）滿(mǎn)足工藝要求，并適當留有余量；
?。?）工作可靠、操作靈活、利于實(shí)現自動(dòng)化；
?。?）價(jià)格適當、安裝維修方便；
?。?）輔助設備盡可能簡(jiǎn)單；
?。?）供貨方便以及配件采購方便。
壓縮機類(lèi)型的選擇
對于該項目，我們需要對已建輸氣管線(xiàn)進(jìn)行改建，擴大其輸氣規模，且每年的輸氣規模逐年增加，項目規劃從2013年開(kāi)始增產(chǎn)，預計到2015年達到z*大。通過(guò)工藝比對，我們選擇以s*站增壓的形式來(lái)進(jìn)行增壓。設計規模為53×108m3/a，出站壓力為4.9~6.0MPa，2015年的產(chǎn)量要求s*站出站壓力要求達到6.0MPa，因此我們按照6.0MPa、進(jìn)口流量53×108m3/a的輸出壓力來(lái)選擇壓縮機。
參照壓縮機的使用范圍圖（見(jiàn)圖1），不同類(lèi)型的壓縮機不同流量下都對應有一個(gè)z*高的出口壓力。該項目中，流量為631×103m3/h，壓力為6.0MPa，離心式和活塞式壓縮機均可滿(mǎn)足。因此我們需要再從壓縮機結構以及費用上進(jìn)行對比。
壓縮機優(yōu)缺點(diǎn)對比
不同類(lèi)型的壓縮機都具有不同的特點(diǎn)，對離心式壓縮機和活塞壓縮機的特點(diǎn)進(jìn)行對比（見(jiàn)表2），我們可以發(fā)現，活塞壓縮機初期投資高，出口壓力高；離心式壓縮機后期維修費用低，流量高，出口壓力穩定。而該工藝條件下，進(jìn)口壓力會(huì )從2.0MPa逐年增加到4.5MPa，而且位于s*站位置，其井口出氣壓力和流量隨著(zhù)開(kāi)發(fā)年限的增加，其流量和壓力也會(huì )不穩定。
若采用離心式壓縮機時(shí)，需在進(jìn)口處設置調壓閥來(lái)調節壓力，會(huì )造成能源浪費，增加一定的費用；選用往復壓縮機時(shí)，需配置12臺設備，相對于離心式壓縮機4臺的數量，多出2倍，會(huì )造成后期備用零件較多，維修相對困難的問(wèn)題，同時(shí)噪聲也會(huì )較大。
經(jīng)濟性對比
工程上使用時(shí)，在滿(mǎn)足工藝條件下，減少輸氣成本就是關(guān)鍵。對離心式壓縮機和活塞壓縮機而言，離心式壓縮機的初期投入高，但后期維修費用較低；活塞壓縮機初期投入費用低，但后期維修費用高，且耗損率較高，據資料統計，每1000h左右需要停機更換部件，每16000h需更換大修，平均每年需要花費約1000人力小時(shí)操作維護保養，對操作維護人力配備也往往高出離心式壓縮機幾倍。
對2種類(lèi)型的壓縮機進(jìn)行經(jīng)濟核算綜合比較其經(jīng)濟性（見(jiàn)表3），當天然氣壓力從4.5MPa增壓至6.0MPa時(shí)，往復壓縮機從一次性投資和年總費用方面都優(yōu)于離心式壓縮機，且年總費用每年比離心式壓縮機節省3775.1萬(wàn)元；通過(guò)相同的計算，當壓力從2.0MPa增至6.0MPa時(shí)，離心式壓縮機的每年費用比活塞式僅少200萬(wàn)元，相差不大。鑒于天然氣輸氣管線(xiàn)的使用年限可以達到30年，同時(shí)預計到2015年以后，壓氣站進(jìn)口壓力會(huì )保持在2.0MPa以上，因此選擇活塞壓縮機更經(jīng)濟。
結論
通過(guò)技術(shù)性和經(jīng)濟性對比，雖然在維修、噪聲、氣體連續性等方面，離心式壓縮機要優(yōu)于活塞壓縮機，但活塞壓縮機的費用明顯低于離心式壓縮機，且變工況適應能力強，預建增壓站附近交通較便利，備用件運輸也不存在問(wèn)題，工作場(chǎng)所設計在辦公樓1500m外，噪聲問(wèn)題也可緩解，故該項目選擇活塞壓縮機。
天然氣輸氣增壓工程，就是在已建設備的基礎上，增加輸送壓力，充分利用管道的輸送能力，擴大輸送量，滿(mǎn)足下游用戶(hù)不斷增加的天然氣需求。某已建天然氣輸氣項目，管道的設計壓力為6.3MPa，預計增壓之后的輸氣量為53×108m3/a。
壓縮機分類(lèi)
壓縮機按照其作用原理可以分為容積式和速度式兩大類(lèi)，其中包括活塞式、隔膜式、離心式、軸流式等類(lèi)型。每一種類(lèi)型的壓縮機都具有不同的特點(diǎn)，針對不同工藝條件，不同的使用環(huán)境，適用的壓縮機類(lèi)型不同。選擇合適的壓縮機，不但可以節省能耗，而且可以提高設備運行的穩定性。
活塞壓縮機依靠活塞的往復式運動(dòng)，通過(guò)改變體積的方式來(lái)對氣體進(jìn)行增壓。活塞壓縮機每個(gè)循環(huán)包括膨脹、進(jìn)氣、壓縮和排氣4個(gè)過(guò)程，當壓縮機的尺寸確定后，其容積變化規律也得以確定，即使流量有變化，其對輸出壓力的影響也會(huì )相對較小。依靠往復運動(dòng)壓縮體積的作用方式，活塞壓縮機z*高輸出壓力可以達到500MPa以上，單級壓力比可以達到3:1~4:1，單級壓力比高，輸出壓力穩定。
但是由于容積變化需要一定尺寸的箱體來(lái)提供壓縮場(chǎng)所，導致其占地面積較大，流量也會(huì )受到限制，會(huì )略小于離心式壓縮機。同時(shí)流量過(guò)高或壓比過(guò)高時(shí)還會(huì )導致排氣溫度升高，由于閥門(mén)材料以及密封要求的限制，要求排氣溫度低于176℃。對于高壓縮比的活塞壓縮機，采用多級壓縮時(shí)，還配有一套冷卻系統，結構復雜，同時(shí)往復作用導致氣體輸出不連續，對于要求輸出穩定連續的系統，需配置緩沖罐。
離心式壓縮機屬于速度式透平壓縮機的一種，其通過(guò)提高流體動(dòng)能再將動(dòng)能轉化為壓力，以這種形式對氣體進(jìn)行增壓。由于流體在每一級獲得的動(dòng)能有限，使得離心式壓縮機的單級壓力比較小，故離心式壓縮機均為多級壓縮的結構，可提供的z*大輸出壓力會(huì )比往復壓縮機稍小。葉輪通過(guò)連續旋轉對氣體進(jìn)行做功，流量z*高可以達到2×105/h左右，且振動(dòng)小，排氣連續，無(wú)周期脈動(dòng)效應，磨損小，使用壽命長(cháng)。
離心式壓縮機穩定的工作范圍較窄，因此需要一套控制系統，當流量過(guò)小而沒(méi)有做出反應時(shí)，會(huì )造成喘振，對機器本身及相關(guān)設備都會(huì )造成損傷。對于流量過(guò)小的系統，采用離心式壓縮機會(huì )使其結構過(guò)小而導致擴壓器尺寸小，影響氣體的流動(dòng)。
軸流式壓縮機也屬于速度式透平壓縮機的一種，其工作原理與離心式壓縮機基本相同，不同的是軸流式壓縮機其流體運動(dòng)方向與軸平行，而離心式壓縮機中流體沿著(zhù)垂直于壓縮機軸的方向運動(dòng)。軸流式壓縮機的流量高于離心式壓縮機，但出口壓力較低。雖然其維護簡(jiǎn)單，但是其葉片結構復雜，制造工藝要求高，以及穩定工況區較窄、在定轉速下流量調節范圍小，所以其適用于高流量低壓比的環(huán)境。
壓縮機驅動(dòng)方式的選擇
壓縮機的驅動(dòng)方式主要包括電驅和燃氣驅動(dòng)2種形式。
電動(dòng)機的供電要求為一級負荷，受當地電網(wǎng)的制約，選擇電驅時(shí)需考慮當地電網(wǎng)供電能力，外部電網(wǎng)是否穩定可靠，電價(jià)是否便宜等問(wèn)題，并且要和當地供電部門(mén)做好溝通，簽訂用電協(xié)議，保證供電穩定，故電動(dòng)機一般用于供電充足地區。
燃氣輪機，不受外部條件的制約，僅需要一套供氣設備和控制設備，依賴(lài)性較小，僅依靠管網(wǎng)供氣就可以滿(mǎn)足需求，但會(huì )排出CO2等溫室氣體，環(huán)保性較差，因此，燃氣輪機一般用于供電薄弱且對環(huán)保無(wú)特殊要求的地區。具體的對比見(jiàn)表1。
該項目的增壓站設計建立在陜西榆林附近，該地區供電充足且穩定，可以滿(mǎn)足驅動(dòng)系統對電網(wǎng)的要求，而且從環(huán)保、維修、費用等來(lái)看，電動(dòng)機也均優(yōu)于燃氣輪機，故本項目選擇電動(dòng)機為驅動(dòng)機。
壓縮機選型
在選擇壓縮機時(shí)，需要從各個(gè)方面考慮，例如結構尺寸、驅動(dòng)方式、工作周期、流速、氣體種類(lèi)、壓比等方面。同時(shí)不同工藝條件下，壓縮機的出口條件也是不同的。對于天然氣行業(yè)，螺桿式、隔膜式、軸流式壓縮機流量不高、出口壓力小，因此較少用于天然氣輸送，工程上常使用活塞式和離心式2種壓縮機，我們也針對這種2種類(lèi)型進(jìn)行對比，從中選擇合適的類(lèi)型。
天然氣輸送中要求壓縮機出口的壓力穩定，這是不同于其他工藝中出口流量穩定的要求，需確定進(jìn)口壓力范圍、出口壓力范圍、流量變化及其他工藝參數。除了從工藝方面進(jìn)行考慮外，我們還要從工程實(shí)際出發(fā)，需滿(mǎn)足以下原則：
?。?）滿(mǎn)足工藝要求，并適當留有余量；
?。?）工作可靠、操作靈活、利于實(shí)現自動(dòng)化；
?。?）價(jià)格適當、安裝維修方便；
?。?）輔助設備盡可能簡(jiǎn)單；
?。?）供貨方便以及配件采購方便。
壓縮機類(lèi)型的選擇
對于該項目，我們需要對已建輸氣管線(xiàn)進(jìn)行改建，擴大其輸氣規模，且每年的輸氣規模逐年增加，項目規劃從2013年開(kāi)始增產(chǎn)，預計到2015年達到z*大。通過(guò)工藝比對，我們選擇以s*站增壓的形式來(lái)進(jìn)行增壓。設計規模為53×108m3/a，出站壓力為4.9~6.0MPa，2015年的產(chǎn)量要求s*站出站壓力要求達到6.0MPa，因此我們按照6.0MPa、進(jìn)口流量53×108m3/a的輸出壓力來(lái)選擇壓縮機。
參照壓縮機的使用范圍圖（見(jiàn)圖1），不同類(lèi)型的壓縮機不同流量下都對應有一個(gè)z*高的出口壓力。該項目中，流量為631×103m3/h，壓力為6.0MPa，離心式和活塞式壓縮機均可滿(mǎn)足。因此我們需要再從壓縮機結構以及費用上進(jìn)行對比。
壓縮機優(yōu)缺點(diǎn)對比
不同類(lèi)型的壓縮機都具有不同的特點(diǎn)，對離心式壓縮機和活塞壓縮機的特點(diǎn)進(jìn)行對比（見(jiàn)表2），我們可以發(fā)現，活塞壓縮機初期投資高，出口壓力高；離心式壓縮機后期維修費用低，流量高，出口壓力穩定。而該工藝條件下，進(jìn)口壓力會(huì )從2.0MPa逐年增加到4.5MPa，而且位于s*站位置，其井口出氣壓力和流量隨著(zhù)開(kāi)發(fā)年限的增加，其流量和壓力也會(huì )不穩定。
若采用離心式壓縮機時(shí)，需在進(jìn)口處設置調壓閥來(lái)調節壓力，會(huì )造成能源浪費，增加一定的費用；選用往復壓縮機時(shí)，需配置12臺設備，相對于離心式壓縮機4臺的數量，多出2倍，會(huì )造成后期備用零件較多，維修相對困難的問(wèn)題，同時(shí)噪聲也會(huì )較大。
經(jīng)濟性對比
工程上使用時(shí)，在滿(mǎn)足工藝條件下，減少輸氣成本就是關(guān)鍵。對離心式壓縮機和活塞壓縮機而言，離心式壓縮機的初期投入高，但后期維修費用較低；活塞壓縮機初期投入費用低，但后期維修費用高，且耗損率較高，據資料統計，每1000h左右需要停機更換部件，每16000h需更換大修，平均每年需要花費約1000人力小時(shí)操作維護保養，對操作維護人力配備也往往高出離心式壓縮機幾倍。
對2種類(lèi)型的壓縮機進(jìn)行經(jīng)濟核算綜合比較其經(jīng)濟性（見(jiàn)表3），當天然氣壓力從4.5MPa增壓至6.0MPa時(shí)，往復壓縮機從一次性投資和年總費用方面都優(yōu)于離心式壓縮機，且年總費用每年比離心式壓縮機節省3775.1萬(wàn)元；通過(guò)相同的計算，當壓力從2.0MPa增至6.0MPa時(shí)，離心式壓縮機的每年費用比活塞式僅少200萬(wàn)元，相差不大。鑒于天然氣輸氣管線(xiàn)的使用年限可以達到30年，同時(shí)預計到2015年以后，壓氣站進(jìn)口壓力會(huì )保持在2.0MPa以上，因此選擇活塞壓縮機更經(jīng)濟。
結論
通過(guò)技術(shù)性和經(jīng)濟性對比，雖然在維修、噪聲、氣體連續性等方面，離心式壓縮機要優(yōu)于活塞壓縮機，但活塞壓縮機的費用明顯低于離心式壓縮機，且變工況適應能力強，預建增壓站附近交通較便利，備用件運輸也不存在問(wèn)題，工作場(chǎng)所設計在辦公樓1500m外，噪聲問(wèn)題也可緩解，故該項目選擇活塞壓縮機。
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