天然气增压站经济优化：压缩机运行

黄敦翔（大庆油田有限责任公司天然气分公司徐深9天然气净化处理厂，黑龙江 大庆 163000）

天然气增压站经济优化：压缩机运行

黄敦翔（大庆油田有限责任公司天然气分公司徐深9天然气净化处理厂，黑龙江 大庆 163000）

本文主要对天然气增压站内的离心式压缩机的运行原理和控制方式进行了深入的分析，并且在此基础上，重点对压缩机与管道系统的运行情况与压缩机的控制之间的联系进行了深入探究，同时分析了不同布置方式的压缩机组的工作效率差异，为天然气增压站内压缩机的实际生产运营提供了较为丰富的理论基础和实践经验。

天然气；增压站；经济优化；压缩机

1 压缩机的运行机理

在天然气增压站的日常运营过程中，增压站内压缩机的具体布置以及设备的选型都与压缩机受到的压力及其流量有很大的关系。在站内压缩机的布置方式上，究竟是选择并联布置还是串联布置，主要取决于压缩机的稳态气动性能、瞬时功率以及采取何种备用方案和潜在的输量增长能力等因素，同时燃料气的消耗与排放也受到驱动机的满负荷功率、部分负荷功耗等因素影响，而压缩机排放的温室气体量也与其整体运行效率密切相关。

压缩机不仅会影响系统中的单个压气站，同时也会影响整个管道系统和备用机组。在管道系统中的压缩机组的数量对系统的利用率、燃料的消耗量以及系统的工作效率都有很大的影响。在实际运行过程中，针对不同的荷载分布采取不同数量的压缩机组。

压缩机组的运行点是由驱动机的功率、压缩机组的工作特性和整个系统的整体运行系统综合决定的。在压缩机的运行过程中，其控制方式主要有变转速控制、入口的导叶控制、出口或者入口的节流控制以及回流控制等方式。

在变转速控制方式可行的前提下，一般优先选择这种方式作为压缩机的控制方式，且常常通过打回流的方式来扩大调节的范围。在进站的流量低于最低流量的情况下，就需要采取打回流的方式进行辅助控制。

压缩机的实际运行点是由压缩机系统的压力比与流量的关系决定的。在制冷系统中，压缩机上游的分离器压力决定其进口的压力，另外压缩机的出口压力要与管道背压相适应。

在管道系统中，驱动机的输出功率决定了压缩机的工作点，对燃气轮机来说，管道系统的工作特性和燃气发生器的转速决定了其输出功率的大小。如果需要增加管道的运输量，就需要采用更大输出功率和压缩机的压头。

压缩机的运行条件常随着时间的改变而改变，其主要原因是随着气体的压力降低、管道系统形成了并联的回路以及管道输送能力的提升等。当另一条并联的管道建设好以后，管道系统的工作特性就会改变，从而可以实现在保持压头不变的前提下使管道的运输能力提高。

因此，变转速的驱动机能够使压缩机在一个比较大的范围内运行。如果需要采用定转速的驱动机，就要采取打回流的方式、在出口或者入口进行节流等方式来应对工况的实时变化。在进行节流时，由于这些方式不是很节能，在节流时需要使用比实际运行所需压头更大的压头，因而消耗了更多的能量。

2 压缩机的备机要求和运行的灵活性

在压缩机的实际运行过程中，需要对在不同方案下运行的机组的灵活性进行分析，研究机组在每个季度、每个月、每天、每小时的用气需求变化，并且结合当地的气候环境分析燃气轮机的实际输出功率[1]。在不同的工况条件下，都需要克服由于转速限制而导致压缩机的运行状态的改变。因此，在极端低温环境下，燃气轮机需要克服的限制就越大。

在机组的运行过程中，可以从不同的层面去解决机组的灵活性，如可以使驱动机以及压缩机在较大的工作范围内运行，也可以使用多台小型机组去代替一台大型机组，同时还可以改变机组的布置方式，可将串联布置改为并联布置。

在油气行业的中上游产业链中，常常需要在较大范围的运行工作点让机组运行，因此，机组的运行点有可能会随着时间的变化而发生变动。而在其他工况条件下，在储气或者采气等工况条件下，机组的运行点就主要受发动机的最大功率限制。在储气工况中，由于需要在尽可能短的时间内把储气库注满，因此需要让发动机全速运行，针对这种工况，可以先让两台机组并联运行，在后期再让让两台机组串联运行。

压缩机组在运行过程中由于各种故障导致停机会导致比较惨重的经济损失，因此在实际的机组配置中，需要考虑增加备用机组，可在每一个压气站里均配备一套备用机组，也可只在其中的某几个站点配备。在整个管道系统中，一台或者几台机组的停工不会立即对总产气量产生显著影响。因此，在需要对压缩机组进行维护时，应当尽量选择在产气量需求较低时进行。

如果压气站内没有备用机组或者两台机组同时运行时，这时就需要将两台机组串联运行，因为这样的布置方式效率会更高。当一台机组失效停工后，就需要把防喘阀打开，然后另一台机组就可继续正常运行，这样的布置方式比并联布置可保持更高的流量。如果压气站内有多台机组串联或者并联运行时，可以通过对站与站之间或者机组与机组之间的负荷进行重新分配，从而达到优化的效果。

一般来说，负荷不变的情况下，压缩机的工作效率越高，其功耗也就越低，其根本原因是不同工作效率的压缩机，其工作时的机械损失基本相同，效率越高，压缩机在单位工作时间的能耗自然也就越低。

3 结语

综上所述，本文主要对离心式压缩机的运行原理和控制方式进行了深入的分析，在此基础上，重点对压缩机与管道系统的运行情况与压缩机的控制之间的联系进行了深入探究，同时分析了不同布置方式压缩机组的工作效率差异，为天然气增压站内压缩机的实际生产运营提供了较为丰富的理论基础和实践经验。

[1]Rainer Kurz,Matt Lubomirsky.天然气增压站经济优化:成本影响因素[J].天然气与石油,2015,33(1):25-31.