天然气管道压气站的技术现状及运行优化研究

天然气管道压气站的技术现状及运行优化研究

天然气管道压气站的技术现状及运行优化研究

摘要：本文介绍了我国陆上长输天然气管道压气站的技术现状。从压缩机组备用方式、机组选型、压气站相关设计等方面，指出了在优化设计管道压气站时应注意的问题。对压缩机组运行技术中的优化、在线监测与诊断以及优化压气站运行管理方面进行了深入的分析。

关键词：天然气压气站

一、引言

天然气管道压气站的功能是给天然气增压以维持所要求的输气流量，主要设备是天然气压缩机组。近年来，随着天然气需求量不断增加，在我国能源结构中的比例正在迅速增大。据统计，2005～2015年，世界各地计划建造原油、成品油和天然气管道约9.6×104km，其中62%是天然气管道。2002年以来，我国管道压气站建设进入高峰期，相继投运的涩宁兰、西气东输、忠武线、陕京二线、冀宁和兰银等长距离天然气管道设计中均配置有一座或多座压气站。

二、我国天然气管道压气站的技术发展现状分析

1986年8月我国第一座长输天然气管道压气站在中沧输气管道濮阳站建成投产，首次采用了燃气轮机驱动离心压缩机机组。1996年11月建成投产的鄯乌输气管道鄯善站，是我国首次采用天然气发动机驱动往复式压缩机机组的压气站。2000年11月投产的陕京管道应县压气站，是我国第一个采用变频调速电机通过增速齿轮箱驱动离心压缩机机组的压气站。2007年2月投产的西气东输管道蒲县压气站，是我国第一个投产的采用高速变频调速电机直接驱动离心压缩机机组的压气站。目前，我国已在9条天然气管道上分别建成投产了31座压缩机站，共投运各种类型管道压缩机组72套，并计划于今后陆续建成34座压气站，投运各种类型管道压缩机组79套。

三、管道压气站运行优化研究

1.管道压气站优化设计中应注意的问题

1.1 压缩机组备用方式

常用的机组备用方式有机组备用、功率备用、隔站机组备用等方式，确定机组备用方式后还有一用一备和多用一备等方式。目前，我国选择备用方式的主要依据是实用性、可靠性、效率、投资费用等，压气站多采用机组备用，往复机组多用一备较多，而离心机组一用一备较多。

1.2 压缩机组比选

压缩机组的比选是根据机组安装地的环境依托条件，结合不同机组的优点和缺点进行计算和分析。首先是离心压缩机组与往复压缩机组的比选；二是离心压缩机组中有电机驱动与燃气轮机驱动的比选；三是电机驱动机组中有变频调速电机驱动、恒速高压电机通过调速行星齿轮驱动和整体式磁悬浮电驱离心压缩机组三者的比选。比选的主要依据为可用性、可靠性、效率、经济性（20年费用现值）、性价比、不间断工作时间、无故障工作时间、运行维护保检难度及费用、污染情况和在天然气管道的使用业绩等。此外，压气站优化设计中可能会受到投产日期、制造周期、政治因素、市场因素等条件制约，因此必须进行综合考虑。我国在陕京、靖西、西气东输和涩宁兰管道压气站的设计中均进行了科学合理的优化。

1.3 压缩机组水力模型等的相关计算

压缩机组初步设计的第一步是建立设计单位的水力计算模型与

压缩机生产厂商机芯设计的一体化计算，根据计算结果确认和改进压缩机的设计性能和运行条件。由于每条管道的工艺条件不同，机组的运行工艺条件均存在一些不确定因素，因此在机组投产后，设计单位应根据实际情况进行参数审查、确认、修正管道水力模拟和压缩机工艺电算结果。设置两个或多个压气站的管道，在实际运行达到设计流量且运行条件稳定以后，应对整个管道压缩系统中的所有压缩机运行实际效能进行全面的重新评估和分析，将得到的整个管道压缩系统的总效率与设计要求相比较，以弥补国内相关设计水平的不足。

2.压缩机组运行优化及维护

2.1 压气站机组运行优化

在压气站运行期间，可以利用仿真模拟软件（TGNET、SPS）模拟

分析不同输量下压气站的运行方式，优化出各种输量下压气站最优运行方案；在某座或几座压气站发生故障的情况下，可以根据当时各下游用户的计划输量要求，优化出全线机组最佳运行方案。

目前，我国多条管道都有很大的冬季运行优化空间，应在分析下游用气结构，利用下游用气资源的基础上，结合上游气田资源，合理利用管道自身资源（压气站资源），不断优化冬季用气高峰期运行方案和预案，以减少压气站机组运行时问和启机次数，达到提输、降耗和增效的目的。天然气管道联网是保障向下游供气的重要手段，目前，我国几条长距离大管径天然气管道即将连通，组网运行的优势将逐渐凸显。组网运行的管道在统一调控下可根据不同情况，通过计算进行网内优化运行，在优化运行方案和预案的制订过程中，管网内各压气站机组使用和工作方式将是优化运行的重要内容。

2.2 机组故障监测与诊断

2.2.1 远程监测与诊断系统

天然气管道压缩机组远程监测与诊断系统是利用丰富的图谱实

时对机组进行“体检”，实现机组的早期故障预警，并通过网络随时掌控机组的实时运行状态，变被动的故障后处理为早期发现潜在故障并及时处理，能使远在千里之外的诊断专家及时得到机组异常变化信息。它的有效利用可以提高机组故障诊断准确率，对机组故障的预测、分析和排除能力、机组定期保养检修和辅助大修能力以及机组现场开车指导能力和机组备品、备件需求预前判断能力具有重要意义，可以保证压缩机组的长期、安全和平稳运行。例如，西气东输管道在机组引进的同时购买了“机组远程在线监测与诊断系统”，国内其它管道压缩机组也有使用且收效显著。

2.2.2 油液分析

油液分析是抽取油箱中有代表性的油样，分别采用铁谱分析、发射光谱分析、红外光谱分析以及常规理化指标分析，确定在用润滑油中的磨粒种类、数量和成分、变质产物的种类，含量以及润滑油中典型添加剂的损耗程度，以此作为判断机组关键摩擦部位润滑和磨损状况的主要依据。在国内已进行了针对天然气压缩机组的油液分析、诊断和研究工作，且进行了部分应用。

2.2.3 机组效率计算优化

燃气轮机离心压缩机组效率计算是通过对机组运行过程中各相

关参数进行精确采集，分别计算得出燃气轮机和离心压缩机的效率。定期进行机组效率计算，可以依此运行状况及时对可能存在的问题进行分析评价。通过与燃机历史效率的对比，判断是否需要清洁燃机的进气滤芯或水洗燃机的压气机；通过与离心压缩机历史效率的对比，判断级间迷宫密封是否磨损；找出机组的实际最佳运行区，结合实际运行工况使机组在最佳效率区内运行。

3.压气站的运行管理优化

我国各输气管道所属压气站的运行管理方式各不相同，目前较先进的管道压气站管理方式是以业主管理为核心，以现场运行维护服务承包商和机组保养检修专业化技术服务承包商为主要作业者，以机组生产厂商售后服务为支持的“四为一体”运行管理体系框架。管道压缩机组（燃气轮机、变频调速电机、离心压缩机）结构和控制系统复杂，技术含量高，要求从事运行维护、检修保养和故障诊断的人员应具有较高的专业技术水平和丰富的现场经验。

四、结论与认识

通过管道压气站目前技术发展现状的综合分析，对压气站不同方面进行的深入研究，实现了整个压气站系统从设计到运行，再到管理的整体优化，提高了管道输送效率，确保了管道输送平稳运行。

参考文献

[1] 宣建寅，王银亮，祖丙诃. 天然气增压压缩机组的选择[J] . 油气田地面工程，2004，23（10）：34-35.

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