天然气输气管道的压缩机选型.docx

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天然气输气管道的压缩机选型

天然气输气管道的压缩机选型

天然气输气管道的压缩机选型

杨,孙令

（1.中国石化石油工程设计有限公司北京分院，北京102200；

2.中国石油大学（北京），北京102200）

摘要:

天然气的运输主要依靠长输管道来进行，而压缩机的选型是其中的难点之一。

选择合理的压缩机及其附属设备会提高系统运行稳定性，降低输气成本。

本文将主要探讨从离心式压缩机和活塞式压缩机的区别，从中选择适合于该增压工程的压缩机类型。

通过对比性能和费用两个方面，最后选用活塞式压缩机。

关键词：

天然气；离心式压缩机；活塞式压缩机

中图分类号:

TH45文献标识码：

B

CompressorSelectionforNaturalGasPipeline

YANGXia,SUNLingQu

（1.SinopecPetroleumEngineeringDesignCo.,Ltd.Beijing102200,China;2.ChinaUniversityofPetroleum,Beijing.Beijing102200,China）

Abstract:

Thegastransportationmainlyreliesonthegaspipeline.Thetypeselectionofcompressorisoneofpipelinesystemproblems.Rationalselectionwillenhancesystemstabilityandreducetransportationcosts.Thispapermainlydiscussedthedifferencesbetweencentrifugalcompressorandpistoncompressor,selectedthesuitabletypeforthischargingengineering.Aftercomparingperformanceandcostofthesetwotypes,wechosepistoncompressor.

Keywords:

Naturalgas;Centrifugalcompressor;Pistoncompressor

天然气作为一种清洁能源，广泛应用于工业、居民生活、军事等各方各面。

天然气的合理运输可以降低运输成本，促进天然气消费。

长输管道作为天然气的主要运输方式，其运输成本低，得到了大量的发展。

我国已经建成了众多大型的天然气输气工程，如西气东输、川气东送等，而天然气长输管道在建设时，压缩机的选型就是其中的难点之一，如何合理的选用压缩机成为了一个关键性课题。

天然气输气增压工程，就是在已建设备的基础上，增加输送压力，充分利用管道的输送能力，扩大输送量，满足下游用户不断增加的天然气需求。

某已建天然气输气项目，管道的设计压力为6.3MPa，预计增压之后的输气量为53×108m3/a。

1.压缩机分类

压缩机按照其作用原理可以分为容积式和速度式两大类[1]，其中包括活塞式、隔膜式、离心式、轴流式等类型。

每一种类型的压缩机都具有不同的特点，针对不同工艺条件，不同的使用环境，适用的压缩机类型不同。

选择合适的压缩机，不但可以节省能耗，而且可以提高设备运行的稳定性。

活塞式压缩机依靠活塞的往复式运动，通过改变体积的方式来对气体进行增压。

活塞式压缩机每个循环包括膨胀、进气、压缩和排气四个过程，当压缩机的尺寸确定后，其容积变化规律也得以确定，即使流量有变化，其对输出压力的影响也会相对较小。

依靠往复运动压缩体积的作用方式，活塞式压缩机最高输出压力可以达到500MPa以上，单级压力比可以达到3：

1~4：

1，单级压力比高，输出压力稳定。

但是由于容积变化需要一定尺寸的箱体来提供压缩场所，导致其占地面积较大，流量也会受到限制，会略小于离心式压缩机。

同时流量过高或压比过高时还会导致排气温度升高，由于阀门材料以及密封要求的限制，

2）工作可靠、操作灵活、利于实现自动化

3）价格适当、安装维修方便

4）辅助设备尽可能简单

5）供货方便以及配件采购方便

3.1.压缩机类型的选择

对于该项目，我们需要对已建输气管线进行改建，扩大其输气规模，且每年的输气规模逐年增加，项目规划从2013年开始增产，预计到2015年达到最大。

通过工艺比对，我们选择以首站增压的形式来进行增压。

设计规模为53×108m3/a，出站压力为4.9MPa~6.0MPa，2015年的产量要求首站出站压力要求达到6.0MPa，因此我们按照6.0MPa、进口流量53×108m3/a的输出压力来选择压缩机。

参照压缩机的使用范围图[3]，不同类型的压缩机不同流量下都对应有一个最高的出口压力。

该项目中，流量为631×103m3/h，压力为6.0MPa，离心式和活塞式压缩机均可满足。

因此我们需要再从压缩机结构以及费用上进行对比。

图1.压缩机使用范围

3.2.压缩机优缺点对比

不同类型的压缩机都具有不同的特点，对离心式压缩机和活塞式压缩机的特点进行对比（见下表1），我们可以发现，活塞式压缩机初期投资高，出口压力高；离心式压缩机后期维修费用低，流量高，出口压力稳定。

而该工艺条件下，进口压力会从2.0MPa逐年增加到4.5MPa，而且位于首站位置，其井口出气压力和流量随着开发年限的增加，其流量和压力也会不稳定，若采用离心式压缩机时，需在进口处设置调压阀来调节压力，会造成能源浪，增加一定的费用；选用往复式压缩机时，需配置12台设备，相对于离心式压缩机4台的数量，多出两倍，会造成后期备用零件较多，维修相对困难的问题，同时噪音也会较大。

表2　离心式、活塞式压缩机对比表

项目

活塞式压缩机

离心式压缩机

适用范围

小流量、大压比，单机功率较小

大流量、小压比、排气均匀、气流无脉动、转速高、密封好、泄漏少、单机功率较大

可操作性

操作简易，可多台并联运行，对变工况适应能力较强

低流量有喘振问题，可多台并联操作，对变工况适应能力较差

结构

较复杂

较简单

维护管理

大修和日常维修工作量大，对维修人员技术要求不高，维护费用较高

不需定期大修，日常维修工作量较小，对维修人员技术要求高，维护费用低

占地面积

所需台数多，占地面积较大

所需台数少，占地面积较小

噪声

较大

较小

3.3.经济性对比

工程上使用时，在满足工艺条件时，减少输气成本就是关键。

对离心式压缩机和活塞是压缩机而言，离心式压缩机的初期投入高，但后期维修费用较低；活塞式压缩机初期投入费用低，但后期维修费用高，且耗损率较高，据资料统计，每1,000小时左右需要停机更换部件，每16,000小时需更换大修，平均每年需要花费约1,000人力小时操作维护保养，对操作维护人力配备也往往高出离心式压缩机几倍。

对两种类型的压缩机进行经济核算综合比较其经济性（见下表3），当天然气压力从4.5MPa增压至6.0MPa时往复式压缩机从一次性投资和年总费用方面都优于离心式压缩机，且年总费用每年比离心式压缩机节省3775.1万元；通过相同的计算，当压力从2.0MPa增至6.0MPa时，离心式压缩机的每年费用比活塞式仅少200万元，相差不大。

鉴于天然气输气管线的使用年限可以达到30年，同时预计到2015年以后，压气站进口压力会保持在2.0MPa以上，因此选择活塞式压缩机更经济。

表3.从4.5MPa增压至6.0MPa

往复机

离心机

差值

机型配置

10+2

3+1

-

总投资/万人民币

19800

21863.5

-2063.5

运行总功率/kW

5812

15319

-9507

年电力消耗/MW.h

48820.8

128679.6

-79858.8

年折旧费

1372

1515

-143

年电费消耗/万元

2392.2

6305.3

-3913.1

年维护费用/万元

500

50

470

投资年金

2987

3299

-40

年总费用/万元

5879.2

9654.3

-3775.1

4.结论

通过技术性和经济性对比，虽然在维修、噪音、气体连续性等方面，离心式压缩机要优于活塞式压缩机，但活塞式压缩机的费用明显低于离心式压缩机，且变工况适应能力强，预建增压站附近交通较便利，备用件运输也不存在问题，工作场所设计在办公楼1500m外，噪音问题也可缓解，故该项目选择活塞式压缩机。

参考文献：

[1]王宗明．压缩机[M]．北京：

中国石化出版社，2012．

[2]薛爱芹，李延宗，张莹．煤层气田集气站压缩机选型及驱动方式比较[J]．煤气与热力，2011，31（9）:

36-38．

[3]勒朝霞，高铭志．天然气压缩机的选型和应用[J]．石油和化工设备，2012，15（5）:

23-25．

作者简介：

杨肖（1985—），男，山东省阳谷县人，毕业于北京化工大学，工学硕士学位，现就职于中石化石油工程设计有限公司，北京分院，主要从事油气储运方面的研究，邮箱：

slecc2011@

孙令群（1990—），男，安徽蚌埠人，现正在中国石油大学（北京）化工机械专业攻读硕士，主要从事天然气长输管道方面的研究，邮箱：

ddr19900718@