国内某低压气田压缩机选型研究

国内某低压气田压缩机选型研究

乔楠刘冬玥

山东莱克工程设计有限公司

摘要：压缩机是整个增压系统的核心部分，本文结合目标气田的实际情况对压缩机的选型方案进行考虑，并针对压缩机对变工况的适应性以及驱动方式进行了研究，筛选出了适用于本气田要求的压缩机类型及其驱动方式。

1压缩机选型

常见的压缩机按照工作原理可以划分为容积式、速度式和热力式三种类型。其中往复式压缩机、离心式压缩机以及螺杆式压缩机常被用于气体的增压[1]。

往复式压缩机属于容积式压缩机，通过压缩机内的曲柄轴带动活塞往复运动，从而压缩气体的体积使气体增压。往复式压缩机的工作流量和工作腔的容积有关，因此流量可以在较大的范围内调节。容积式压缩机普遍具有高压比的特点，往复式压缩机也不例外，利用该类型的压缩机可以很容易将气体增压到教导的压力。但是，由于压缩机本身结构的限制使得往复式压缩机的排量相对较小，而且气流有脉动。在工程实际中，往复式压缩机一般用于小排量、高压比的情况。

离心式压缩机属于速度式压缩机，主要依靠叶轮旋转使气体加速，再将气体的动能转化为压能。与往复式压缩机相比，离心式压缩机的结构更加紧凑。由于工作原理的区别，离心式压缩机排气连续、振动小、具有较大排量。另外，离心式压缩机可以与驱动级直接相连，易于调节工况[2]。但离心式压缩机的压比较低，稳定工况区较窄且气体流量过小时容易发生喘振，效率也低于往复式压缩机。一般用于大排量中低扬程的情况。

螺杆压缩机与前两种类型的压缩机相比具有结构简单、体积小、易损件少、震动小等优点。螺杆压缩机的冷却方式决定了天然气的压缩过程是一个接近等温压缩的过程。这时的即使在压比较高的情况下也可使用单级压缩，而且高压比情况下压缩机出口气体的温度一般不会超过90℃。但是，螺杆压缩机也有以下几个缺点：

①润滑系统特别复杂，且耗油量大。

②转子加工精度要求较高。

③耗电量大且造价昂贵。

另外，考虑到该类型压缩机一般在中低压以及中小排量下使用，油气田中目前使用不多。

由于不同类型的压缩机适应范围不同，高效工作条件不同，在选择压缩机时需要综合考虑流量，进气压力等条件。由于螺杆式压缩机不常用于油气田。

结合目标气田的实际情况对压缩机的选型方案进行考虑。目标气田存在以下几个特点：

①压比需求高

②气量有波动，要求压缩机对流量的变化有一定的适应能力。

③压缩机可以给未经净化处理的天然气进行增压。

考虑以上条件，显然往复式压缩机更加符合本气田的相关要求。在气田进入开发后期流量减小的情况下，离心式压缩机未必能正常运行于高效工作区内。另外，对于后期压比需求较高的情况，离心式压缩机也无法满足。与离心式压缩机相比，往复式压缩机具有的以下一些特点使其更适合本气田的增压方案：

①增压效率高、压比高。

②可通过安装余隙调整工况。

③最小气量较低，最低可达额定流量的36%。

④可与动力机组直接相连。

因此，根据目标气田的特点，选择往复式压缩机对气体进行增压。

2压缩机对变工况的适应性

考虑配置4台天然气压缩机组，3用1备。

考虑外输气量最大时（35×108m3/a）的情况，排气压力为4.85MPa。在正常运行周期中，随着进气压力的下降，对压缩机功率的需求见下表：

表1不同进气压力下压缩机功率需求

根据上表中的功率数值变化，需配置带有双作用气缸的往复式压缩机方能满足要求。

3压缩机驱动方式的选择

常用的驱动机有以下几种：电动机、气透平、燃气发动机、蒸汽轮机以及柴油机等。用于集输系统的主要有燃气透平、电动机和燃气发动机[4]。柴油机在气田中一般与小型压缩机搭配使用，蒸汽轮机需要有蒸汽才能使用，在气田集输系统中也不多见。

电动机把电能转化为机械能的，具有结构简单、便于维修等特点。相对于其它驱动方式而言，电动机的初始投资较低，寿命长，是一种理想的驱动设备。但选择电动机前需要对周边电力情况进行调研，经济性与当地电价也有很大关系。

内燃机将燃料燃烧产生的热能转化为机械能，通常效率较高。内燃机可以不变速与压缩机直接相连，可用于电力资源不够丰富的地区，用于气田时可以直接内部供气。但与电动机相比，价格昂贵且结构复杂，对操作维护者的技术水平有很高的要求。

燃气轮机驱动需要使用蒸汽作为动力，一般用于工艺流程本身生产蒸汽的装置中，也常用于干线输气增压，带动离心式压缩机。燃气轮机具有很高的运行经济性[16]但是由于集输管网中应用较少，故本工程不考虑采用。

在满足输气要求的情况下，压缩机组相应的最大轴功率范围为1945-4823kW。考虑空冷器的功率，燃气发动机负荷率为37%-93%。根据燃气发动机的运行特性，发动机负荷率在70%以上高效运行，50%以上可以连续正常运转，负荷低于50%时，发动机不能连续正常运转，低负荷运转对燃气发动机的使用性能和使用寿命有很大影响。同时，为满足输量及功率要求，气驱机组必须采用四用两备的形式，可能会大幅增加成本。

对于电动机，可选用1000RPM、10kV、5200kW电机，满负荷下效率为96.9%，50%负荷下机械效率为96.1%，对于本气田内发动机负荷率可能在37%-93%内波动的工况，电动机可以完全满足，如需更加灵活调节气量，可选用变频电机，但会增加一定成本。

综上所述，结合电驱采用3+1的配置形式，气驱方案采用4+2的形式，推荐选择电驱方案。

4结论与建议

（1）根据目标气田的特点，选择往复式压缩机对气体进行增压。

（2）结合电驱采用3+1的配置形式，气驱方案采用4+2的形式，推荐选择电驱方案。

5参考文献

[1]杨肖,孙令群.天然气输气管道的压缩机选型[J].压缩机技术,2014,06:52-54+41.

[2]徐铁军.天然气管道压缩机组及其在国内的应用与发展[J].油气储运,2011,05:321-326+313.

[3]关丹庆.苏里格低压气田地面集输工艺优化研究[D].中国石油大学,2007.

[4]任玲.输气增压机组的选择[J].天然气与石油,2002,02:62-65.

[5]赵鹏敏.苏里格南区块天然气集输工艺优化技术研究[D].西安石油大学,2013.

【作者简介】

乔楠女山东滨州人2015年毕业于中国石油大学（华东），目前从事油气田地面工程设计