储气库压缩机选型研究

储气库压缩机选型研究
摘要：随着京津地区用气调风日益突出，储气库建设开始承担主要角色，压缩机作为储气库建设的的主要设备，其选型成为整个储气库项目成败的关键，本文结合地下储气库地面工程的设计实践，对压缩机运用中的选型进行了初步探讨。

关键词：压缩机选型技术参数
压缩机介绍
1.1 定义
往复式压缩机：往复式压缩机是通过气缸内活塞的往复运动，从而压缩缸内气体，达到增压的目的。

离心式压缩机：离心式压缩机是通过气体在高速旋转叶轮的作用下，获得速度能和压力能，通过扩压器的作用，速度能进一步转化为压力能，从而达到对气体增压的目的。

1.2 分类
目前天然气用压缩机大体分为两种—离心压缩机和往复压缩机，离心压缩机又分为整体式磁悬浮电驱离心压缩机和普通电驱离心压缩机，往复压缩机又分为燃驱往复式压缩机和电驱往复式压缩机。

1.3 特点
往复式压缩机的主要优点为压比较高、对进气压力的变化适应性强、效率高。

但单机功率一般小于3.5MW，排量较小、机体笨重、结构复杂。

离心式压缩机的主要优点是排量大、重量轻、结构简单、占地面积小、运行效率高、流量平稳、噪声小、操作灵活、使用寿命长、维护费用少。

缺点是流量调节范围较小、易发生喘振、单级压比较低等。

往复压缩机选型
储气库一个注气周期内，随着时间的推移，注气压力不断增大，但是气源压力基本不变。

以下以某储气库注气压缩机为例。

气源压力为 4.4～5.33MPa（设计点Ps=4.5MPa），排气压力17.0～35.0MPa，压缩机要求排量为75×104m3/d。

表1某储气库压缩机选型性能表
从表中可以看出，当压缩机入口压力恒定时，压缩机排压增大，压缩机排量减小，压缩机负荷率增加，当压缩机排压恒定时，压缩机入口压力增大，压缩机排量增大，压缩机负荷率增加，因此，当压缩机入口压力越低，排压越高压缩机排量就越小。

根据以上结论，我们注气初期排压低的时候，尽量选择排量大于要求的标准排量，到了注气末期，随着井口压力升高，压缩机排压可以稍微低于标准排量。

当采用电驱压缩机时，电动机的功率最小应为任意的规定压缩机工况要求的最大功率的110％。

由表1可以看出，压缩机发动机的负荷率（压缩机轴功率与电机功率的比值）最大为91％（电机功率是压缩机轴功率的110％），满足规范的要求，压缩机发动机的负荷率最小在48％，虽然规范没有明确要求压缩机轴功率的最小值，但是，压缩机轴功率越小，驱动机的效率也就越低（大马拉小车），因此，在保证规范的同时，压缩机应该在大负荷率的条件下运转。

往复压缩机关键技术参数
压缩机关键性能取决于以下几点：活塞线速度、压缩机排出温度、活塞杆负荷、活塞杆反向角。

5.1 活塞线速度
活塞线速度是气缸内活塞往复运动的速度，最大允许活塞线速度没有相关规定，永22注气压缩机活塞最高线速度为5.8m/s，一般为5m/s以内，我们制定技术规格书一般要求最高允许活塞线速度为5m/s。

5.2 压缩机排出温度
压缩机在压缩过程中基本为绝热过程，因此在压缩过程中，气体温度会升高，然而，一般压缩机润滑油的闪点在（200～240℃），当压缩气体的温度超过润滑油闪点时，润滑油就会烧焦，造成润滑困难。

因此，规定压缩机每级压缩最高排出温度不能超过150℃。

5.3 活塞杆负荷
活塞杆是将作用在活塞上的推力传递给曲轴，又将曲轴的旋转运动转换为活塞的往复运动。

活塞杆的综合负荷是气体负荷和惯性力的代数和。

气体负荷是气体压力作用于活塞面积上所产生的力。

惯性力是由往复质量加速度所产生的力。

十字头销上的惯性力是所有往复质量的总和（活塞与活塞杆组件、十字头组件与十字头销）和其加速度乘积。

最大许用活塞杆负荷不应超过压缩机最大许用活塞
杆工作负荷或在规定的任何工况下的活塞杆负荷极限。

5.4 活塞杆反向角
活塞杆反向负荷是当每一转中，活塞杆受力方向改变（拉力和压力的相互转化）时，在十字头销上引起的反向负荷。

活塞杆反向负荷一般以曲轴旋转角度来表示。

在规定的任何工况下，应该有足够大的反向角以保证十字头销及衬套间在每个完整转动中得到恰当的润滑，并且反向期应不小于15°曲轴转角。

往复压缩机排量调节方式
压缩机排量调节可以通过速度变化、余隙调节、旁通、双座用压缩机气缸的单作用、气阀泄荷、吸入压力控制、吸入气体温度等来进行调节。

吸入压力对压缩机排量的调节前面压缩机选型已经介绍，下面我们介绍一下余隙调节、吸入气体温度和速度对压缩机排量的影响。

6.1 余隙调节
当余隙较大的时候，在吸气时余隙内高压气体产生膨胀而占去部分容积，从而使吸入气量减少，排量相应减少，使压缩机的生产能力降低；当余隙过小时，气缸中的活塞容易与气缸端盖发生碰撞，从而损坏气缸。

为了避免压缩机气缸损坏，在压比较大的气缸内增加余隙调节，一般在一级压缩气缸增加余隙调节或一级二级压缩气缸同时增加余隙调节。

在将余隙调节增加在压缩机气缸端的各种情况下，容积效率至少是15％。

6.2 吸入气体温度调节
压缩机气缸的容积是恒定不变的，如果吸入气体越高，那么吸入气缸内的气体密度就会越小，单位时间内吸入气体的质量就越少，压缩机的排量就会相应减少。

通常压缩机在夏天的生产能力要比冬天低。

因此排出气体要冷却，在满足压缩机润滑油不变质的前提下，冷却温度越低，压缩机生产能力越高。

另外，即使压缩机进口管线内气体温度不高，如果压缩机气缸冷却效果不好，也会使气缸内气体体积膨胀，密度减小，压缩机生产能力相应降低。

因此，为了提高压缩机排量，要尽量降低压缩机入口温度（选择良好的冷却设备），同时也要增加压缩机厂房内的散热通风。

6.3 转速调节
同一入口压力和排压下，压缩机转速不同，对应排量也不相同。

压缩机转速降低，活塞速度就会相应降低，压缩机排量就会减少。

对于电驱压缩机，当采用变频电机调速时，当转速降低，可能存在个别工况点的电机转速小于压缩机转速，
从而导致压缩机带不起来，或者电机被烧坏的可能。

当采用燃驱压缩机时，驱动机转速可以在一定范围内调节，从而带动压缩机的转速也可以在一定范围内调节，从而调整压缩机的排量。

驱动方式比选
相同处理能力（入口压力、排压、排量）的燃驱往复压缩机和电驱往复压缩机，当压缩机附近没有可依靠的变电站时，在固定资产投资（包括压缩机组设备总价和供配电系统投资）和运行维护费用（包括燃气消耗、电消耗、维护和大修费用、基本电容量费用）上，经过20年费用现值经济比选，一般燃驱压缩机都要优于电驱压缩机，而且，前面已经说过，燃驱压缩机的最大优点是可以调节转速，从而调节压缩机的排量。

但是目前各库都愿意选用高投资的电驱压缩机，主要原因有以下几点：
1）燃驱往复压缩机设备转动和活动部件较多，主要部件受高温及气质腐蚀的影响，日常维护工作量较大。

燃气发动机组需定期检查和大修，大修周期一般为30000小时～40000小时；而电驱往复压缩机除电动机转子外，其它均为静止设备，日常维护工作量很小。

检修的主要部件为电动机轴承，除更换轴承外，整套设备基本不需要大修；变频器具有自诊断功能，一般在不停机状态下即可排除故障；电动机的轴承寿命一般为100000小时。

2）燃驱往复式压缩机的的发动机、压缩机、排气消声器均会产生较强的噪音，机组噪音值可达125dB。

而电驱往复压缩机主要噪声源为压缩机本身，噪声在110dB。

3）燃驱往复式压缩机的站地面积非常大，为同型号的电驱往复压缩机的2倍左右。

目前选用不同的驱动方式最主要还是看站场附近有没有可靠容量的电源。

在没有可靠电源的情况下燃驱压缩机还是有一定的优势。

参考文献
[1]《石油、化学和天然气工业用往复式压缩机》SY/T6650-2006
[2]《油气生产用配套往复式压缩机规范》API11P
[3]《用于石油、化学和天然气工业的往复式压缩机》API618。