压缩机驱动方式改造及分析

王宇鹏 郭剑卫

（山西蓝焰煤层气集团有限责任公司，山西 晋城 048204）

1 引言

煤层气压缩机通常采用电动机或发动机进行驱动，蓝焰煤层气公司李庄首站共有6台大型往复式煤层气压缩机。压缩机型号为4RDSB-2，进气压力范围0.11～0.2MPa，机组排量范围为22.67～36.93×104Nm3/d。采用四缸二级压缩，驱动机选用美国卡特彼勒(Caterpillar)公司G3606型发动机，该发动机原料为煤层气。从2009年运行至今，李庄首站存在发动机老化、故障率高、维修保养费用高等缺点。与此同时，公司35kV变电站负荷充裕，且电机驱动压缩机具有操作简单、故障率低、维修保养费用低等特点，因此，决定对李庄首站压缩机的驱动方式进行改造，由燃气发动机驱动改为高压电机驱动。

2 改造方案

2.1 电机的选择

李庄首站压缩机组改为电动机驱动压缩机，单台压缩机组连续运行，总处理量与改造前保持一致，即为 22.67～36.93×104Nm3/d。选用佳木斯防爆变频电机驱动，变频启动，整机橇装，保留空气冷器冷却，空冷器由单独防爆电机驱动。

根据计算，压缩机轴功率在不同工况下的功率如表1所示。

根据表1计算结果可知，压缩机最大轴功率为1292.01kW，按照10%的功率余量计算，选取电机功率为1400kW。供电电压为6kV，启动和运行方式为变频控制。

2.2 配套设备改造

改造过程首先是移走发动机及辅助系统，主要包括发动机本体、发动机润滑油系统、发动机辅助水冷却系统、点火和转速控制系统、燃料气/启动气系统、入口空气系统、排空系统、切断系统。移走发动机及其辅助系统后，在主底座上对原发动机副底座进行拆除，设计新的主电机副底座进行现场焊接组装和环氧树脂灌浆。完成后安装变频电机，并安装配套高压变频柜及动力电路，使机组采用变频启动及运行。

表1 压缩机在不同工况下参数表

2.3 控制系统改造

利用原机组PLC控制柜，根据新的驱动方式配置控制和仪表检测系统，对柜内模块及输入输出进行增补、完善实现改造后机组逻辑控制及连锁保护。在原压缩机PLC控制系统的基础上，进行高压变频器与高压电机的控制程序调试。压缩机PLC控制系统为美国AB公司生产的控制系统，变频器采用广东智光公司产品，压缩机为江汉三机厂制造。在进行变频器和机组PLC联网调试时，由于6kV国产变频器本身特性，启机至少需要80s，停机则需要120s。而发动机启机时间一般不超过5s，停机不超过1s，时间大大延长。时间延长意味着压缩机在低转速、低油压情况下需运行更长的时间，极易造成主轴瓦、连杆瓦磨损。后经过多次试验和研究，将启机时间缩短至50s，且将预润滑油泵与停机信号进行连锁，即停机时让润滑油泵工作进行机组的后润滑。同时，新增了电机轴承温度、绕组温度显示，电机转速以及现场冷却水泵等辅助设备的控制。压缩机变频控制示意图如图1所示。

图1 压缩机变频控制示意图

3 改造后运行情况

压缩机由燃气发动机驱动改为高压电机驱动后，压缩机运行稳定，转速可以在700r/min到1000r/min自由调整，各项运行参数均在设计范围内。

经过3个月运行总结，电机驱动的优点：

（1）启机简单，成功率高。

（2）运行可靠，故障停机次数少。

（3）维护保养工作简单，电机只需定期检查线路、开关等，而发动机每2000h即需要定期保养。

（4）提高了公司35kV变电站的负载率，由17.4%提高至58.6%。由于基本容量费为固定值，经统计综合电费单价下降幅度为12.01%。

（5）室外空冷器热负荷明显下降，机组运行稳定性大大提高。发动机驱动压缩机时，室外空冷器需要给发动机水套水和压缩机工艺气、润滑油降温。改为电机驱动压缩机后，冷却器只需要给压缩机工艺气和润滑油进行降温。

当然，发动机驱动压缩机也有其不可替代的优点。

（1）适用于电网负荷不足或覆盖不到的地区。

（2）发动机驱动时机组运行互相独立，基本不会发生同时停机的情况。改用电机驱动后，若遇突然停电或者电气柜故障，就会导致机组同时停机。

4 结论

改造工作表明，煤层气压缩机采用燃气发动机驱动和高压电机驱动各有其优缺点。燃气发动机驱动压缩机适用于供电条件差、可靠性低及煤层气售价低的背景，优点是不受供电条件限制，更适合偏远地区，缺点是维护费用相对较高。电机驱动煤层气压缩机，适用于供电条件好、可靠性高及煤层气售价高的背景，优点是启机简单，电机维护简单，费用低，缺点是配套电气设备多，对供电和电气维护人员要求较高。