徐川
摘 要:壓縮機(jī)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(jì)南輸氣管道工程中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:離心式;壓縮機(jī);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(jī)作為重要的能源轉(zhuǎn)換機(jī)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(jì)管道分公司在榆林首站設(shè)置了壓縮機(jī)對天然氣進(jìn)行加壓輸送。本文針對該工程介紹了離心式壓縮機(jī)在長距離輸氣管道工程中的應(yīng)用。
1 壓縮機(jī)簡介
壓縮機(jī)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(jī)主要分為:離心式、往復(fù)式兩種。
相較于往復(fù)式壓縮機(jī)的大尺寸、小排量、氣流有脈動且大噪聲,離心式壓縮機(jī)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(hù)費用少等。另外,氣體在被壓縮過程中不與機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)、運行維護(hù)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(qiáng)適應(yīng)性、運轉(zhuǎn)周期長等特征的離心式壓縮機(jī)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(jìn)入腔體后動能、勢能均得到提高。接著在流通截面逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓器中氣體由于擴(kuò)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(jìn)入下一級。最后氣體在末級擴(kuò)壓器后進(jìn)入蝸殼(由于蝸殼曲率半徑及流通截面的逐漸擴(kuò)大,它也有降速擴(kuò)壓的作用)匯集并引出壓縮機(jī)。
1.2 性能曲線。離心式壓縮機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)組會強(qiáng)烈振動,嚴(yán)重時會破壞密封、軸承等部件,甚至損壞整套機(jī)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(jìn)口壓縮機(jī)的制造工藝水平、邏輯控制系統(tǒng)都非常成熟,其機(jī)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(jī)的應(yīng)用
中國石化榆林中國石化榆林—濟(jì)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(jì)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(jī)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于天然氣長輸管道,榆濟(jì)首站作為榆林—濟(jì)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(jī)。隨著陜、晉、豫、魯四省經(jīng)濟(jì)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(jì)管道正在進(jìn)行增壓擴(kuò)能建設(shè),設(shè)計輸量將達(dá)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(jī),以及ABB公司生產(chǎn)的AMI710L4LBSPFM 型變頻驅(qū)動電機(jī)。
壓縮機(jī)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(jì)可行的前提下,不斷優(yōu)化壓縮機(jī)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(jī)組工藝流程。①正常流程。②越壓縮機(jī)流程。③防喘振流程。當(dāng)輸氣量較小時,氣體通過壓縮機(jī)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(jī)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(jī)緊急停車時,防喘振回路的氣體不能及時回流至壓縮機(jī)入口,為防止壓縮機(jī)損壞,在壓縮機(jī)出口增加快速回流流程,保護(hù)壓縮機(jī)在緊急停車時不受損壞。⑤安全放空流程。壓縮機(jī)出口與空冷器之間設(shè)安全閥,當(dāng)壓縮機(jī)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(jī)區(qū)域管道內(nèi)的氣體。
3.2 壓縮機(jī)組配管。①榆林首站離心壓縮機(jī)采用的GE壓縮機(jī)為上進(jìn)上出的形式,進(jìn)出口管線上設(shè)置可拆卸短節(jié)以方便壓縮機(jī)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(jī)房的同一側(cè),另一側(cè)設(shè)置巡檢通道。③處于壓縮機(jī)房內(nèi)的壓縮機(jī)出口管線應(yīng)進(jìn)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(jī)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(hù)網(wǎng),避免鳥蟲進(jìn)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(jī)組的接口處應(yīng)采用軟連接,以減少管線震動對機(jī)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(hù)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(jī)房應(yīng)設(shè)空氣過濾系統(tǒng),通過風(fēng)機(jī)箱送入室內(nèi),防止風(fēng)沙進(jìn)入。
4 結(jié)語
①離心式壓縮機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)組的運行方式進(jìn)行優(yōu)化。②當(dāng)流量較小,壓縮機(jī)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(jī)是榆林首站、乃至榆濟(jì)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(jī)能否順利投用直接影響到整個工程的成敗;同時,壓縮機(jī)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(jī)組及輔助系統(tǒng)的設(shè)計尤為重要。