天然气压缩机的设备选型及应用范围分析

天然气压缩机的设备选型及应用范围分析

杨新宇范宝弟肖前明

（长庆油田分公司第一采气厂，陕西靖边718500）

摘要：当前在开采油田与气田时广泛运用到了天然气压缩机，其作用重点在于对天然气进行压缩处置，将压力和流速高，确保其与生产要求相符。其发挥了非常重要的作用。为此，文章将结合笔者实践经验，主要对天然气压缩机类型与使用范围，以及常见压缩机类型优缺点进行了详细分析，并针对天然气压缩机选型与应用进行了实例分析，以供广大同行参考与交流。

关键词：天然气压缩机；选型；应用；分析

近年来，石油化工行业发展速度越来越快，使得天然气压缩机在石油天然气领域应用范围也越来越大。压缩机的应用功能主要是利用其增压功能对气田、油田产出的天然其压力提升到满足利用要求范围，是天然气生产与应用过程中较为重要的应用设备之一。

一、压缩机类型及应用范围分析

（一）压缩机的分类及其工作原理

按照压缩机运动方式，可将其划分为回转式压缩机与往复式压缩机两类。回转式压缩机又可分为容积式压缩机与动力式压缩机两种。前者工作原理主要是利用凸轮、螺杆、叶片旋转等方式，减小气体体积来提升气体压力。而动力式压缩机运用原理则有着较大不同，主要是利用叶片组旋转方式来传递气体能量，将气体输送至增压器中，对气体进行降速增压，把气体动能转变为压力能。活塞、气缸是组成往复式压缩机最重要的两个部分。气体进入气缸后，主要是通过活塞来对其进行压缩增压。活塞压缩形式主要包括单作用与双作用两种，并且对于较大压力范围与流量要求都能较好地满足，所以往复式压缩机有着较好的应用普遍性，在天然气生产过程中应用较多的也是往复式压缩机。

二、天然气压缩机的主要类型及其使用范围

天然气压缩机类型主要包括以下三种：

（一）活塞式压缩机

活塞式压缩机应用过程中，其进气流量通常在18100m3/h以下，因此这种压缩机较为常见应用于流量较小、排出压力较高情况。通常来说，每一个级别压缩比大约为4：1，若是压缩比更高，将会降低气体容积与机械运作效率，并且使压缩机工作压力增大。而且，提高压缩比，将会使压缩机运作受到排气温度影响，一旦排气温度大于180℃，机械出于自动保护而停止运作，甚至会导致某些零部件被烧坏，因此活塞式压缩机中的压缩气体温度也应在安全范围内。

（二）离心式压缩机

离心式压缩机的进气流量范围大约为900～40000m³/h。离心式压缩机主要分为水平与垂直这两种形式。对于进气流量较小的情况，垂直形式压缩机对于气体压力应用效益要比水平式压缩机明显要高，水平压缩机压力应用范围一般在6～7MPa。

（三）螺杆式压缩机

喷油润滑式、千式螺杆式，是螺杆式压缩机主要两种形式。相同条件下，喷油润滑式压缩机的排气压力较高，可达6MPa。

三、天然气压缩机选型优缺点对比分析

（一）活塞式压缩机

较之螺杆式压缩机与离心式压缩机，活塞式压缩机具备较为复杂内部构造，其日常维护与故障维修成本也相对较大。然而，活塞式压缩机对压力值较高的天然气具备极强的处理能力与较高处理效率。也正是因为如此，活塞式压缩机具备较广的应用范围，尤其是在高压、超高压天然气处理方面，具备较为明显的应用优势。

（二）螺杆式压缩机

较之往复式压缩机，螺杆式压缩机具备运动部件较少，组成的部件如气阀、填料、活塞环等，也比较耐用的优点，有效节约了停机更换这些部件的所需时间。由于没有往复运动而存在惯性力约束，螺杆式压缩机能够适用有速度要求较高情况。螺杆式压缩机具备较为紧密内部构造，因此故障率也较低。润滑剂在发挥冷却作用的同时还能够进行连续流动，提高了螺杆式压缩机准许压缩比。有效地消除、缓解了气体或者流体脉动影响作用，降低了机械运作振动噪音。螺杆式压缩机实现了对天然气较高压缩比与较高转速转化，因此使天然气生产功率得到了较大程度地提升。

（三）离心式压缩机

运行平稳、气体输送量大、尺寸小自重轻、占地面积小、使用年限长、维护保养工作量少以及气体污染轻等，都是离心式压缩机具备的应用优势。所以，综合离心式压缩机运作原理，这种类型的压缩机通常适用与排气压力在中低水平、稳定性较高的情况。若是天然气流量较小，由于在多级压缩状态下，叶轮运行会出现不稳定现象，且叶轮制造加工难度较大，因此更换成本较高。同时，在后几级叶轮运转中的流量会逐渐变小，因此，这一类型的压缩机不适用与有最小流量限制的情况。而有流量最小限制情况下，通常采用其他两种压缩机。

四、压缩机驱动设备选择

压缩机转速与选择的驱动机转速匹配程度极为重要，这是降低压缩机增速、减速引发机械损伤重要保障，这也是简化机组结构必然措施。在对驱动设备进行选择过程中，应优先考虑天然气燃料的使用，选择合适的天然气燃气轮机，或者发动机，实现对能源的有效利用，节约电能消耗，缓解油田供电紧张问题。否则排气压力较、气量较大压缩机，尤其是大型天然气压缩机将会消耗大量电能。数量不多的情况下中小型天然气压缩机，及其相关辅助设备，可采用电动机驱动。天然气压缩机轴功率通常较大，而驱动机额定功率要求要比这个轴功率高出15%～30%左右，以预防压缩机超载，或者避免进行空气试车时出现过载问题。在采用燃气轮机、天然气发动机作为驱动设备时，必须结合现场环境情况与实际需要对驱动功率进行合理地修正。在选用电动机驱动时，若是压缩气体具备爆炸性，则要求电动机必须具备较高的防爆性能，并满足使用场所等级要求等。

五、工程应用实例分析

我国某个海上平台项目中，天然气压缩机流量为5100m³/min，压力是在7200kPaG左右，压缩比范围在1.5～2.5之间。出于对压缩机压力、流量、压缩比等的全面分析、考虑，比较各种类型天然气压缩机优劣性，进而采用离心式压缩机作为主要天然气压缩设备。对驱动要求进行计算，得出驱动机功率应达到10700kW。按照天然气压缩机驱动机选择要求及相关规范：若是压缩机所使用的驱动机功率在2600kW以上，则应优先考虑以天然气作为驱动设备燃料，所以根据实际情况要求，选择采用燃气轮机或者天然气型发动机。基于能源利用方面分析，驱动设备的选择应以节约电能，缓解油田供电紧张问题为原则。按照以上原则要求，项目首选考虑天然气作为驱动燃料，加上对于驱动机有着较大功率要求，因而选择燃气轮机作为该项目天然气压缩机的驱动设备。就以上分析，项目天然气压缩机最终决定采用燃气轮机驱动的离心式压缩机。

六、结束语

经过多年发展，天然气压缩机在天然气生产过程中得到较为有效的应用，也取得了较好的运用效果，大大提升了天然气生产效率。然而在对天然气压缩设备的选型、应用实际过程中，仍然存在诸多技术上的难题困扰着天然气开采效率的进一步提升。尤其是当天然气压力、流量等出现较大变化时，机组的选择参数如何确定，才能避免出现压缩机设备选型与天然气处理的冲突，这些都是设计人员必须继续深入探索与研究的重要课题。

参考文献：

[1]霍维斌，经明.压缩机的原理及其选型原则[J].中国石油和化工标准与质量，2018.

[2]蔡晓君，马强.海上平台天然气压缩机选型关键技术研究[J].压缩机技术，2011.

[3]刘洋.往复式天然气压缩机节能降耗技术分析[J].科技创新与应用,2017(18):134-134.

[4]段纯华.天然气压缩机全面故障管理的研究[J].中国石油和化工标准与质量,2017,37(22):61-62.

[5]张露.往复式天然气压缩机节能降耗技术探讨[J].化工管理,2018(7):61-61.