天然氣壓縮增壓

1、第三章 天然氣壓縮增壓第一節(jié) 氣田天然氣增壓一、氣田天然氣增壓的必要性隨著氣田天然氣的不斷開采， 氣井天然氣壓力逐漸降低， 當降至低于集氣管線壓力 時，便不 能輸入集氣管網(wǎng)。這種低壓氣在我國開采較早的天然氣生產(chǎn)基地四川氣田正在逐年增多。對于氣井 壓降不一致的氣田，如果條件許要時，應晝實行高、低壓管分輸。低壓天然氣輸給當?shù)赜脩簦邏?天然氣進入集氣干線；若因種種原因，氣田氣以建一個系統(tǒng)為宜時，則 需建氣田天然氣增壓站， 將低壓氣增壓后進入管網(wǎng)。在發(fā)現(xiàn)天然氣以前， 壓縮機主要用于采礦和冶金工業(yè)。 隨著天然氣的出現(xiàn)將其作為燃料， 需將天然氣從井口輸至較遠的用戶。在氣井井口壓力能使氣體通過管線輸送到目

2、的地時，不需要壓 縮機。一旦氣井壓力降低，即需要用外界的措施來提高壓力。為了將氣體輸送到很遠的地方，而氣 井壓力又不能使足夠的氣量通過管線供用戶所需時，也必須使用壓縮機?？傊?， 當氣井的能量不能滿足輸氣要求時，必須使用壓縮機站 。通常使用的 壓縮機站 有五種：礦場或者集氣站壓縮機站， 在井口壓力不足以使氣體以期望的流量進入輸氣和配氣系統(tǒng)通 過此站將各個井產(chǎn)出的氣匯集起來。輸氣管線上的 中轉或干線增壓站， 這類壓縮機站通常為大的氣體處理量，并在低壓縮比下工 作，壓縮比小于 2，其壓力范圍一般在 1.36MPa 和 6.8MPa 之間，有時可以高達 8.84MPa?；謴偷貙訅毫?循環(huán)注氣壓縮機站

3、 ，是調整或二次開采方案的一個部份，一般不涉及將天然 氣輸至市場問題，排氣壓力可達 40.8MPa 以上。礦場 儲氣庫壓縮機站 ，是壓縮干線氣注入儲氣庫井 。這類站排氣壓力可高達 27.2MPa ，壓 縮比高達 4。一些儲氣庫壓縮機站的設計，可將儲氣庫中采出的氣體加壓后進入高壓管線。因為礦 場儲氣庫壓縮機站工作的壓 -容工況范圍寬，所以該站需要精確的技術設計。配氣站的壓縮機站 ，通常將氣體從氣柜以約 0.1360.68MPa 壓力送入中壓或高壓配氣管線或 以高達 17MPa 的壓力壓入氣罐。二、氣田天然氣增壓方法氣田天然氣增壓的方法，一般有兩種。1機械增壓法機械增壓法所使用的設備是天然氣壓縮機

4、。壓縮機在原動機的驅動下運轉，將天然氣引入壓縮 機，在壓縮機轉子或活塞的運轉過程中，通過一定的機械能轉換和熱力變換過程，使天然氣的壓能 增加，從而達到增壓目的。氣體壓縮機的種類很多，如往復式、離心式、螺桿式等等。本章僅對氣田天然氣增 壓常用的往復式壓縮機的有關問題進行論述。2高、低壓氣壓能傳遞增壓法 高、低壓氣壓能傳遞增壓法所使用的設備是噴射器（亦稱增壓喉） ， 用高壓天然氣通過噴射 器以很高的速度噴出， 并把在噴射器噴嘴前的低壓氣帶走 。即根據(jù)高壓氣引射低壓氣的原理， 使低壓氣達到升壓的目的。它的 特點是不需外加能源，結構簡單，噴嘴可更換調節(jié)，操作 使用方便，但效率低 ，且需高、低壓氣層同時

5、存在并同時開采，才能使用。雖然在國內外油氣田 均有應用，但不普遍。三、我國氣田天然氣增壓現(xiàn)狀自 1982 年 7 月，我國首次安裝試支于天然氣集輸工程的燃氣發(fā)動機壓縮機組在 四川興 3井建成投產(chǎn)以來，天然氣氣田增壓工作得到了迅速發(fā)展，不僅在四川13 個氣田建了增壓站，而且在中原、遼河、大慶、勝利、華北、大港等油田，增壓站也迅速增加。據(jù)不完全統(tǒng)計，到1993年底，全國共有氣田天然氣增壓機組 226套，裝機容量（軸功率）約12X 104kW （詳見表3-1 ）。 僅四川就有92套壓縮機組對13個氣田的142 口井進行增壓，年增壓天然氣產(chǎn)量達6X 108m3。四、壓縮機的類型原始的壓縮機由一個帶有膨

6、脹和壓縮部件的皮革袋構成。這類壓縮機的殘存者是風箱。目前用 于氣體工業(yè)的壓縮機歸納為三種不同的類型：引射式壓縮機，回轉式壓縮機和往復式壓縮機。1 引射式壓縮機在使用引射式壓縮機時，動力和吸入氣壓力變化不很大。例如，在同時具有高壓氣和低壓氣的兩層完井的氣井上，管線壓力為二者的中間值。2 回轉式壓縮機 回轉式壓縮機分為兩種等級：回轉式風機和離心式壓縮機。 回轉式風機（圖 3-1 ）主要用于分配系統(tǒng)，其吸入和排出間的壓差不超過0.1MPa。也可用于致冷和吸收裝置的閉式循環(huán)中。風機的結構為一外殼和置于殼中的一級或多級的相對旋轉的轉子?；剞D式風機的優(yōu)點：在較低的功率下可處理大量低壓氣，一次投資和維修費用

7、較低，安裝簡單， 易于操作和管理，對輸氣量來說，設備要求占地面積最小，幾乎無波動流。它的缺點是：不能承受 高壓，齒輪和轉子工作時會發(fā)出噪聲，轉子和殼體之間的間隙密封不好，如果工作超過安全壓力就 會產(chǎn)生過熱現(xiàn)象。通?；剞D式風機處理量可達481m3/分，最小吸入壓力為 0.07MPa的壓差。All圖3-1回轉式風機結構哦、植乍, 科昭盤re”曲口好時 «rn® 廠出門戟樓A杯會茴遼圖3-2離心式壓縮機剖面圖圖3- 3 離心式壓縮機的內部構件離心式壓縮機是利用離心力的作用，以壓縮氣體或空氣。在這類壓縮機中轉子對氣體作功，氣 體在轉子的作用下形成高速，然后進入擴壓器使速度降低，將動

8、能變?yōu)閴耗?。所有的工作都在沒有 封閉限制和物理擠壓的情況下進行的，它不同于變容壓縮機。離心式壓縮機（圖 3-2和圖3-3）基本上由一個帶通道的室和裝有轉子的軸、軸承及防止氣體沿軸泄漏的密封裝置組成。不同的離心式壓縮機具有不同形狀的蝸殼、轉子和擴壓器。離心式壓縮機中只有轉子和軸轉動，故運動部件很少，因此，潤滑油耗量和維修費用均低。離心式壓縮機為連續(xù)式排出，無周期性的脈動。通常由于壓縮比較低和摩擦損耗較小而不需冷卻（多 級壓縮則需要某種型式的冷卻）。因為沒有容積變化，故壓縮比較低。因為離心式壓縮機有不受限制的通道和連續(xù)流動的特點，所以它是排量大、壓縮比低的一類機 械，容易在站內以串聯(lián)方式來安裝。用

9、這種方式每臺壓縮機只需要承擔壓縮機站的總壓縮比的一部 分。此類壓縮機的工作容積超過 283m3/分，排出壓力高達 0.68MPa。3往復式壓縮機往復式壓縮機在氣體工業(yè)中使用最為普遍。實際上這類壓縮機的結構可以適應各種壓力和排量。往復式壓縮機（圖3-4）具有許多運動部件，因此，機械效率比離心式要低。往復式壓縮機每個汽缸 裝置都有活塞、汽缸、汽缸頭、吸入和排出閥，以及將旋轉運動轉變?yōu)橥鶑瓦\動所需的部件（連桿、 十字頭、曲柄銷、活塞桿）組成。往復式壓縮機的設計是在一定的壓縮比范圍內，選擇適當?shù)幕钊?排容和汽缸間隙容積。此間隙容積可以是固定的，也可以是可變的，它取決于工作范圍的大小程度 和達到的荷載變

10、化百分數(shù)等情況。常用的往復式壓縮機具有高達 850m3/分的排量，和高達68MPa的排氣壓力。圖3-4在選用壓縮機時，必須考慮到壓 -容特性曲線和驅動設備的型式。小型回轉式壓縮機（葉片或轉 子式）通常用電機驅動。大排量變容壓縮機在低轉速下工作，往往用蒸汽或燃汽發(fā)動機驅動，還可 用蒸汽透平或電動機經(jīng)減速齒輪來驅動。在氣體工業(yè)中，最廣泛使用的往復式壓縮機是常規(guī)的高速 機器，通常用蒸汽透平或電動機驅動。往復式和離心式壓縮機均廣泛用于天然氣工業(yè)。壓縮機規(guī)格有適用于單獨的油、氣井的小型機 （往往是撬裝）及用于管線增壓的大型機械。技術人員要確定一定量的氣體從低壓到壓縮到高壓時所需的近似功率，或者對已知規(guī)格

11、的壓縮機在一定吸入和排出條件下，估算其排量。表3-1國內氣田天然氣增壓壓縮機使用現(xiàn)狀表制造廠機型排 量m3/min壓力，MPa軸功率kW驅動機型號或類型使用油田名稱臺數(shù) 臺進氣排氣上海壓縮機廠H22( n )-260/152601.52000TDK260/55-24大慶/大港11/6沈陽氣體壓縮機廠4M12-100/421004.21000電動機遼河/勝利16/11北京第一通用機械廠2D12-70/0.113700.011.3500JB500-12大慶10北京第一通用機械廠4L-28/0.35280.030.5120電動機大慶3北京第一通用機械廠4L-45/1-6450.10.6150電動機遼

12、河13北京第一通用機械廠P-5/0.3-2.550.030.2555JDO315S-14P遼河8北京第一通用機械廠P-28/2-8280.20.890電動機勝利3四川空氣壓縮機廠2MT10-2.8-11.4/452.811.40.130.80.54.5174天然氣發(fā)動機大港/勝利/四川1/3/22四川空氣壓縮機廠MT10-1.4-5.7/451.45.70.130.80.54.587天然氣發(fā)動機四川7北京第一通用機械廠2D12-150/2-81500.20.8500電動機中原8四川空氣壓縮機廠2D16-10.4-14.4/5-6810.414.40.56.06.8283757TDF800-16

13、/2150四川2美國艾瑞爾公司JGR/2-H150G329天然氣發(fā)動機四川2美國艾瑞爾公司JGR/2-L150G379天然氣發(fā)動機四川2美國艾瑞爾公司JG/4300G3408天然氣發(fā)動機四川11美國庫伯能源服務公司C-4231二沖程天然氣發(fā)動機大慶美國庫伯能源服務公司DPC-6045二沖程天然氣發(fā)動機四川6制造廠機 型排 量壓力，MPa軸功率驅動機型號或類型使用油田名稱臺數(shù)m3/mi n進氣排氣kW臺美國庫伯能源服務公司DPC-8060二沖程天然氣發(fā)動機大慶15美國庫伯能源服務公司DPC-11585二沖程天然氣發(fā)動機四川6美國庫伯能源服務公司DPC-230172二沖程天然氣發(fā)動機四川8美國庫伯

14、能源服務公司DPC-360269二沖程天然氣發(fā)動機四川13美國英格索蘭公司2KDA/G342NA8.25X 8.25X 4.527.70.351.05149G342天然氣發(fā)動機華北2美國英格索蘭公司2KDA/G379NA7.5 X 7.5 X 4.569.450.952.7246G379天然氣發(fā)動機華北2美國英格索蘭公司2KDA/G379NA6X 6X 4.5118.052.54246G379天然氣發(fā)動機華北4美國英格索蘭公司2K0A-1200.050.150.80632天然氣發(fā)動機勝利3美國英格索蘭公司4K0A-3690.050.152.2632天然氣發(fā)動機勝利5美國英格索蘭公司3RDS-3

15、1040.71.2703中原3美國德萊賽蘭公司2RDS-186.10.31.2700G399天然氣發(fā)動機中原16美國德萊賽蘭公司2RDS-147.20.71.6700G399天然氣發(fā)動機中原4第二節(jié) 往復式壓縮機、壓縮機的工作原理往復式壓縮機（如圖3-5 ）由曲柄連桿機構 將驅動機的回轉運動變?yōu)榛钊耐鶑瓦\動。氣缸和活塞共同組成實際氣體壓縮的工作腔，活塞在氣缸作往復運動, 使氣體在氣缸內完成進氣、壓縮、排氣等過程，由進、排氣閥控制氣體進入與排出氣缸。 氣體在被壓縮過程中壓力升高，因而實現(xiàn)對氣體增壓的目的。圖3 - 5活塞式壓縮機示意圖(“)(b)活塞式壓縮機的壓力范圍十分廣泛，其進氣壓力低至真

16、空，排氣壓力高達2100MPa以上。當壓縮機的 排氣量在310m3/min時，氣缸的冷動 一般采用 風冷，活 塞桿與曲軸直聯(lián)，無十字頭 。當排氣量在10m3/min以上時，大多為水冷, 有十字頭。往復式壓縮機的氣缸有單作用和雙作用兩種。單作用是只有氣缸一端才有進、排氣閥，活塞往復一次，只能壓縮一次氣體（一次吸、排氣）。雙作用則是指氣缸兩端都有進、排氣閥，活塞往返運動時，都可以壓縮氣體（兩次吸、排氣）?；钊綁嚎s機可以制成單級或多級壓縮。氣缸通常采用有油潤滑，必 要時也可采用無油潤滑氣缸。 三、壓縮機的結構形式及特點 用于氣田天然氣增壓的活塞式壓縮機 主要結構型式有臥式、立式、角度 式和對稱平衡

17、型四種。1臥式壓縮機氣缸均布置在曲軸同一側，氣缸中心線與地面平行，分單列和 兩列。其特點是裝卸、操作、檢修比較方便，對廠房高度要求低，輔 機設備及管路的安裝布置方便， 機身、曲軸結構簡單； 氣缸串聯(lián)多， 填料數(shù)目少，可避免高壓增料泄漏； 轉速低，易損件磨損少，技術要求低， 使用壽命長 。但由于在同一列中的串聯(lián)多，且各列之間難以相互平衡，故機器具有很大的 不平 衡慣性力 ；壓縮機的重量和尺寸大，占地面積大，往復運動零部件重量很大，裝卸維 修困難，垂直度、同心度、平行度不易保證；活塞軒、活塞環(huán)、缸套、填料磨損較快， 基礎投資費用大。2立式壓縮機各列氣缸中心線均與地面垂直 。其特點是 活塞和氣缸鏡面

18、磨損小且均勻，活塞環(huán)使用壽命長；占 地面積小；多列結構慣性力平衡好，動力性能好；機身形狀簡單， 輕巧，比重量小 ；最適宜迷宮密封和無油潤滑結構。但對廠房的要求較高，同時裝 卸、操作、維修、管道布置困難； 橫向振動大 、管系防振效果差。3角度式壓縮機各列氣缸中心線之間相互成一定的夾角，但不等于180° 。按不同的氣缸中心線夾角，又 分為 L 型、 V 型、 W 型、扇形等。 除 L 型外，其余V®W朋園型圖3-6角度式壓縮機的結構型式其特點是：動力性能好，重量和體積相對較??；結構緊湊，布 局合理，曲軸主軸承可采用滾動軸承，機械性能好。除以上優(yōu)點外，L型壓縮機還有獨特的優(yōu)點：兩

19、列往復運動質量相等時，運轉較平衡；兩列90。夾角，立式列為大直徑缸，水平列為小直徑氣缸，大缸磨損較上，機身受力較好； 中間冷卻器和級間管道直接安裝在機器上，結構更合理。但是，角度式壓縮機機身受力較復雜，不宜做成大型機器，管道架空安裝，維修不便，L型立式列具有立式壓縮機的特點。4 對稱平衡型壓縮機對稱平衡型壓縮機的氣缸布置在曲軸兩側，兩相對列的曲柄錯 角為180° 。這種結構型式是本世紀 40年代才出現(xiàn)的，優(yōu)點十分顯著，發(fā)展很快， 是氣田天然氣增壓中采用的最主要的型式。四列以上的對稱平衡型壓縮機，據(jù)驅動機設置的位置可分為M型，H型等型式，如圖3-7所示。其特點：i、n階慣性力完全平衡，慣性力矩小，甚至為零，機器運轉平穩(wěn) ，振動極小；每兩個相對列的曲柄錯角為180°,兩側活塞力全抵消，主軸承受力良好，主軸瓦的使用壽命長；機器轉速高，重量和體積都很小，造價低，基礎重量輕、體積??； 安裝檢修方便，對流程變化的適應性強；對驅動機械的性能要求不高。但