往复式压缩机级间进气设计探讨

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Design of Reciprocating Compressor Interstage IntakeAN Wei-zheng(China National Ofshore Oil Corporation Research Institute，Beijing 1 00027，China)Abstract：Reciprocating compressors were widely used in petroleum and petrochemical industry because of the largeflow adjustment range.Interstage intake was designed for the different gas pressures level in order to save energy，but forsome special condition，interstage intake design would make the machine not run normally.Based on an actual engineer-ing program，the first suction gas and interstage intake were analyzed and the applicable conditions for reciprocating con～pressor interstage intake were obtained。

Key words：reciprocating compressors；interstage intake；design往复式压缩机因其进/排气压力的覆盖范围广 、出口流量的覆盖范围广 (特别是对小流量 、高出口压力情况)、封闭压缩热效率高以及易于实现流量调节等优点，广泛应用于油气 田的开发项 目中。在油气田的开发 中，往复式压缩机常用的用途是为燃气透平前的天然气增压，将低或中压的油田伴生气增压至满足燃料轮机使用的要求。对于油 田伴生气而言，由于气量逐年变化较大，导致往复式压缩机的选型设计难度较大，其逐年的气量调节也比较频繁。

1 概 述某油气田燃料气压缩机系统，燃料气有两个来源，-是来自区块 A产出物流，经过原油换热器 (CEPA-E-2001)进入到两台生产分离器 (CEPA-V-2001A/B)进行油气水三项分离，分离H来的天然气和热化学脱水器分离出的天然气混合后经过天然气冷却器 (CEPA-WC-3101)进入到天然气压缩机，该部分燃料气压力为低压天然气；二是来 自区块 B的产液，经段塞流捕集器 (CEPA-V-1501)进行气液分离后产生的油田伴生气，该部分天然气为中压天然气 ；两部分的燃料气压力均达不到燃气透平使用的压力要求，需经过压缩机增压后方可进入燃气透平燃烧。

2 压缩机的设计条件与基本参数如上所述，本平台的低压燃料气的压力为250 kPaG，最大流量为10.1×10 Sm /d，中压燃料气的压力为 700 kPaG，最大流量为 25.3×10 Sm /d，燃 气 透平 入 口处 的压 力要 求 为3600 kPaG，考虑-定的压力降，燃料气压缩机出口压力设定为3750 kPaG。

该油气 田的设计规模需考虑推荐方案和规划方案两种工况，两种方案之间的气量及压力均有不同，同时不同年份的产气量也有较大变化，本压缩机的选型要同时适应 以上多种工况。不同T况下天然气的逐年运行参数详见表 1所示。

表 1 天然气逐年运行参数作者简介：安维峥 (1979-)，男，工程师，主要从事石油化1二机械设备的研究和应用。

第 41卷第 6期 安维峥：往复式压缩机级间进气设计探讨 145续表 13 设计方案3.1 配置方案低压气的压力为 250 kPaG，压缩机出口压力为3750 kPaG，为保证低压天然气的压缩，需配置 3级压缩的往复式压缩机组；中压压缩机的压力为700 kPaG，压缩机出口压力为 3750 kPaG，需要配置2级压缩的往复式压缩机组。

为了节省平台空间，同时充分利用中压天然气的压力，考虑配置三级往复式天然气压缩机组，采用单 台电机驱动，-级出口压力为700 kPaG，与中压天然气压力-致 ，中压天然气采用级问进气方案，直接进入压缩机组的二级人口。配置方案流程图如图 l所示。

图1 燃料气压缩机流程图根据以上配置原则，考虑到不同年份的气量 ，采用 3台三级压缩机组 ，配置 610 kW 的电机。其具体配置参数如表 2所示 。

表 2 压缩机机组参数配置表式，分别是：余隙调节、气阀调节、旁路调节、转速调节，其主要优缺点如下所述 J。

3.2.1 余隙调节余隙调节分为固定余隙调节和可调余隙调节，这种方法是利用气缸端部的容积或者与气缸连通的补充容积作为余隙容积进行气量调节，可以通过降低容积系数将吸气量减少，从而达到调节气量的目的。此种调节方法比较经济，也不降低阀片的使用寿命，因此在工程上应用较多，但是结构较为笨重 ，调节范围有限，通常只能在气量的60% ～100%范围内调节。

3.2.2 气阀调节根据进气阀被压过程的长短 ，该方法分类全行程压开进气阀和部分行程压开进气阀两种方式。对于全行程压开进气阀调节，在吸气过程中，气体被吸入气缸，在压缩过程中，因为进气阀全开，吸入的气体又被全部推出气缸 ，可以实现气量 0，50%和 100%三级间断调节 ；对于部分行程，可以通过控制压缩机程中进气阀的关闭时刻，控制返回气量的多少 ，从而可以实现气量的连续调节 ，通成实现 30% -100% 的连续调节，不过此调节方式-次投资较高。

3.2.3 旁路调节将排出的气体通过旁路管线和旁通阀门全部或者部分返回进气管 ，实现容积流量调节。由于末级排气与-级进气相通，容积流量的调节可以在 0% ～100%的范围内进行，各级压比均可保持不变，保证了压缩机 的稳定运行。但是此方法很不经济，且能耗很高。

3.2.4 转速调节转速调节是通过变频器或者液力耦合器改变压缩机的旋转速度，从而实现容积流量 的调节。这种调节的优点是气量连续，比功率消耗小，压缩机各级压力比保持不变 ，压缩机上不需设专门的调节机构等；但是需要配置变频器或者液力耦合器，此外，变转速调节可能会对压缩机的工作产生不良影响，如气阀颤振，部件磨损大、振动增加，润滑不充分等等，也限制了该方法的广泛应用。

3.2.5 调节方式的确定本项 目机组较大，且平台空间有 限，无变频设备布置空间，不采用转速调节方式，同时考虑到经济性，不推荐采用部分行程气阀调节方式，因此气量调节方式确定为余隙调节旁路调节 全行程气阀调节。对于旁路调节的设计，如果采用两级旁路调节 ，即-路回流至-级人 口，-路回流至二级入 口，将导致旁路调节控制系统过于复杂，降低了机组运行的稳定性，同时对于两个回流阀的控制实现难度较大，因此采用从三级出口直接回流至-级入口的旁路设计方案，如图2所示。

进图2 旁路调节流程图日 。 曼 三 专 3.3级间进气方案分析 且逐年流量变化也较大， 需对该方案进行详细分析，方能确定 。 皿 J罘刀1ll该方案是否合理。 根据两种运行工况和逐年气量变化情况，对配置压缩机的3.2 压缩机流量调节方式 运行T况进行分析，详见表3所示。

本项 目压缩机工况复杂，导致压缩机的流量变化较大，需对其流量进行调节。往复式压缩机的流量调节通常有 四种方146 广 州 化 工 2013年 3月从表 3的运行工况可以看出，-级气量与二级气量的不同，尤其是逐年流量的变化趋势不同，导致压缩机的运行工况过于复杂 ；由于-级气缸和二级气缸的配置不同，-级气缸较小，二级气缸较大，导致机组 的回流量受到-级气缸的限制，当二级气量变化较大时，无法通过旁路调节的方式实现 0～100%的流量调节，机组在 2018年开始，便无法满足运行条件，导致机组作废 。

4 结 论(1)对于-级进气量与级间进气量相差较多的工况下 ，需对逐年的运行工况进行校核，方能确定机组是否可以采用级问进气的方案设计；(2)当级间进气量较大，且流量逐年变化较大，在采用旁路流量调节的方案下 ，有可能会导致二级回流气量大于-级气缸的实际容积，导致机组无法正常运行，不推荐采用级 间进气设计方案。