網站導航

行業動態

當前位置:首頁>>新聞資訊>>行業動態
燃驅天然氣壓縮機組的成撬設計
時間:2022-05-12 11:15:55 點擊次數:242

燃驅天然氣壓縮機組的成撬設計

夏思訪

(北京杰利陽能源設備制造有限公司,北京101500

[摘 要]:天然氣壓縮機組是頁巖氣田穩產增產的關鍵裝備,如何更能適應頁巖氣田的復雜工況,成為了壓縮機組設計的重點。設計依據國內外成撬標準,優化工藝流程,采用多種流量調節方式;主機選擇GEA354,驅動機選擇國內燃氣發動機;機組所有零部件均安裝在同一個底撬上,采用無固定連接基礎。

[關鍵詞]:頁巖氣田;壓縮機組;燃驅;成撬;無固定基礎

中圖分類號:TH457  文獻標志碼:A

文章編號:1006-2971(2022)01-0016-07


1 引言

  隨著威遠頁巖氣井氣田開發時間的延長,氣井地層能量逐漸衰減。這導致了井底和井口壓力降低,部分老井出現攜液能力不足和間歇生產等問題,氣田持續穩產形勢嚴峻,措施挖潛成為當務之急。維持氣井長期穩定生產,最重要的技術是增壓開采。天然氣壓縮機組成為頁巖氣田穩產增產的關鍵裝備。

頁巖氣田的工況復雜,寬范圍的進口壓力,對壓縮機的適應性是一大挑戰;現場往往是無電或者僅提供照明電,驅動機如何選擇?啟機用電及控制用電怎么考慮?本文旨在提供一套完整的往復式天然氣壓縮機組,以優化的工藝流程、針對性強的整體解決方案,來滿足氣田的控制參數。

2 壓縮機組成撬設計

2.1 設計輸入

2.1.1 工藝氣確認,見表1

圖片


 氣體組分中CO2 含量為1.5%,根據API11P標準15.4條款規定,在濕氣狀態下,進氣壓力不超過1200PSIG(8.275MPa(G)),CO2含量不超過5%時,壓縮機采用制造商的標準材料。

2.1.2 機組基本及計參數,見表2

圖片

2.2 壓縮機主機選型

2.2.1 壓縮機主機選型

根據設計參數,結合公司庫存壓縮機,利用GE選型軟件GEPOWERFLOW,對主機選型計算,主機配置:A354+5.25″×2+4.25″×2。

2.2.2 工況計算

通過選型軟件,對運行工況進行熱力計算,如下表2,統計了進氣壓力0.5~1.5MPa,排氣壓力5.0~6.0MPa運行工況的主要參數,見表3。

圖片

2.2.3 運行數據分析

(1)設計點工況下,進氣壓力1.0MPa(G),進氣溫度32℃,排氣壓力5.5MPa(G),壓縮機排量大于10×104m3/d;

(2)表中列舉的,是在該進氣壓力下最大的處理量,可通過余隙調節和回流調節處理量;

(3)所有工況的軸功率均控制在370kW 以內,受所選發動機額定功率限制。

2.3 PID圖設計及工藝計算

2.3.1 工藝氣系統流程

本機組采用優化的工藝流程,即工藝氣經由進氣濾網、進氣氣動球閥,進入進氣洗滌罐,然后對氣體中的固體顆粒進行除雜,完成凈化后進入緩沖罐,抑制脈沖,之后進入壓縮氣缸對其進行壓縮,隨后進入后冷器對氣體進行冷卻降溫,再進入排氣洗滌罐對壓縮后氣體攜帶的油污做進一步凈化,最后經活塞式單向閥及排氣氣動球閥送至集氣站。

工藝氣系統包括:各級進排氣系統、分離器排污系統、回流調節系統、放空系統。一級進氣系統和末級排氣系統設置有氣動球閥,機組停機時,用來切斷外界系統,這2個閥應是FC,即失氣時閥門處于關閉狀態,閥門執行機構的選取,應能滿足閥門最大壓差下的扭矩,進氣最大壓差為1.5 MPa(G), 排氣最大壓差為6.0MPa(G);進氣氣動球閥并聯有旁通管線,該管線配有一個DN25的手動球閥,當機組開機時,打開此閥,給系統充氣至系統壓力0.2~0.3MPa(G),滿足機組啟機條件。

經分離器分離出的水或重烴由排污管線引致壓縮機組橇邊,再接至場站排污總管線;分離器排污系統分為手動排污和自動排污,手動排污設置有手動閥,自動排污是通過安裝在分離器罐上的液位控制器和自動疏水閥實現。

回流調節系統在壓縮機組運行中起著非常重要的作用,該系統起自排氣分離器之后,終自進氣分離器之前,管線中設置有氣動調節閥和旁通手閥,用來滿足機組啟動及流量調節的需要;機組啟動時,該管線的2個閥門全開,用來減小啟動扭振;加載時,關閉手動閥門,逐漸關小調節閥,緩慢加載,直至滿足外輸壓力;正常運行時,通過一級進口壓力來控制調節閥,穩定入口壓力。

放空系統包括緊急泄放系統和安全閥超壓泄放系統。緊急泄放系統設置有自動放空閥,用于機組故障或者停電停機時,15min內將系統壓力降至690kPa或者50%設計壓力,取其中較低值[1]。安全閥超壓泄放系統,是指在壓縮機組進出口及每一級排氣管線上設置有安全閥,系統壓力超過設定壓

力,安全閥全流量泄放。

圖片


2.3.2 工藝計算

工藝計算主要用以確定分離器尺寸、緩沖罐尺寸、管徑、安全閥初步選型。

關于分離器尺寸的計算,可根據GB/T25359《石油及天然氣工業用集成撬裝往復壓縮機》介紹的公式,緩沖罐尺寸的確定也可根據該標椎中的附

錄B規定的系數乘以各氣缸的行程容積[2],最終還需經脈動分析后確認。

管徑=容積流量/流速,容積流量通過選型軟件計算得到,流速可根據HG/T20570.6《管徑選擇》中推薦的壓縮機氣體流速“p=1.0~10.0MPa(G)V=10~20m/s” 初步選定[3],根據經驗,壓力小

于5.0MPa流速可選擇13~15m/s,壓力5.0~10.0MPa流速可選擇10~13m/s,10.0MPa以上,流速就要控制在5~10m/s。管徑計算也可根據以下國外某壓縮機組成撬公司經驗公式

圖片

如圖1工藝氣PID圖,在壓縮機一級進氣及各級排氣設置安全閥,各級排氣安全閥的整定壓力,根據GB/T25359中推薦,壓力小于17MPa,為工作壓力的1.1倍;一級進氣安全閥的整定壓力,應是均壓的1.1倍,壓縮機組緊急停機時,機組的進、出口閥門自動關閉,旁通回流閥自動打開,整個機組內部最終壓力平衡至某一個值[4],即為均壓。可將安全閥的放空數據輸入AspenHYSYS軟件進行安全閥選型計算,也可采用APIRP520《煉油廠泄壓裝置的設置、選擇和安裝》[5]推薦的公式計算出安全閥孔口面積,然后根據API526《鋼制法蘭連接泄壓閥》[6]選擇標準尺寸,最終以安全閥廠家計算為準。

2.3.3 橇外管線流程

壓縮機組橇與頁巖氣場站之間的工藝氣流程也屬于本次設計范圍,如圖2。

圖片

隔離,因此每條與場站相連的管線均設置手動球閥。

在井氣田開采初期,來自多口井的天然氣匯集于分離器,進行氣液分離,可自行憋壓至5.0~6.0MPa(G),直接外輸,引入壓縮機組后,在開機之前,壓縮機組的進口壓力等于外輸壓力,而該進氣壓力,是滿足不了壓縮機組的進氣壓力0.5~1.5MPa(G)的要求,因此在壓縮機組入口配有自力式調壓閥,使入口壓力降壓至0.5~1.5MPa(G)。

在進排氣管線中間設有止回閥的連通管線,通過該閥可以完成“越站”功能。

2.3.4 潤滑油系統流程,如圖3。

圖片

壓縮機潤滑油系統分為兩部分:曲軸箱運動部件潤滑系統、氣缸和填料潤滑系統。

(1)曲軸箱運動部件潤滑系統

主要包括:主油泵、預潤滑油泵、調壓閥、油冷器、油濾器、高位油箱、浮子液位開關,潤滑管路等。

作用:為壓縮機各運動部件提供潤滑油。齒輪驅動的潤滑油泵安裝在壓縮機輔助端。油泵能將潤滑油從曲軸箱油池輸送到軸承、連桿和十字頭。可調的壓力泄放閥安裝在油泵上并提供冷機啟動保護。其他包括低油壓停機開關,安裝在機體上的油位指示器。

 本機組設置有自動補油裝置,以補充機身潤滑油池內潤滑油的消耗。

潤滑油設置有預潤滑油泵。壓縮機啟機前,先啟動預潤滑油泵,預先對主軸承、十字頭進行充分潤滑。

(2)氣缸和填料潤滑系統

主要包括一套強制注油系統和分配系統,能為氣缸內壁和活塞桿填料提供潤滑。潤滑油粘度應該根據氣缸運行壓力條件進行選擇。本系統可以使用來自曲軸箱的油。

2.3.5 儀表控制配置

壓縮機設備有以下自動停機保護。壓縮機運行中任何一個參數達到設定值時,壓縮機將自動緊急停機:潤滑油油壓低0.25MPa(G)、潤滑油溫度高88℃、氣缸潤滑油無油流38s、曲軸箱油位低1/4視窗位置、一級進氣壓力高1.65MPa(G)、一級排氣溫度高120 ℃、一級排氣壓力高3.15MPa(G)、二級排氣溫度高155℃、二級排氣壓力高6.40MPa(G)、各級分離器液位高400mm。

2.4 主要設備選型

2.4.1 壓縮機裝配

如表4庫存壓縮機,根據壓縮機選型配置,機體采用A354,將其中2個(4″~2″)級差缸及注油系統拆除,替換為A352的2個5.25″氣缸。

對置兩列氣缸的運動部件(包括活塞總成、十字頭總成、配重塊)重新稱重,通過調整配重塊或更換輕型十字頭,使對置兩列氣缸的運動部件的重量差控制在200g以內。

由表5看出,4.25″氣缸還需要增加3.64kg的配重,然而空間受限,無法增加,最后將5.25″氣缸的十字頭更換為10″氣缸的輕型十字頭(5.586kg),再通過調整配重塊,使對置兩列氣缸的運動部件的重量差控制在28g。油分配器改造:原有的(4″-2″) 級差缸的油分配器是由2個18T的分配塊分別給4″和2″氣缸供油,改為5.25″氣缸后,則多出一個18T的分配塊,經過拆卸油分配器,了解其結構后,直接將其中一個18T的分配塊拆除,通過加工一個安裝墊板,將改造后的油分配器安裝于機體上(圖4)。


圖片

2.4.2 驅動機選型

因現場電力受限,又考慮到井口有充足的燃料氣,所以驅動機有2種選擇:(1)電機驅動,需額外配置一臺發電機組。(2)燃氣發動機驅動。第一

種方案消耗氣量大,浪費功率,并且還要購電機,生產成本高。本機組選用國產濰柴動力的燃氣發動機,通過彈性膜片聯軸器直接驅動壓縮機。發動機型號6M33D480E311NG,持續輸出功率408kW@1800r/min,6缸、四沖程、直噴、增壓中冷,是濰柴動力國內首次開發,由柴油機改造;配套系統如下:

(1)冷卻系統發動機尾軸通過皮帶驅動風扇,且配有冷卻水箱和中冷器,相比國外發動機,省去了夾套水系統、中冷水系統、補水排氣系統,同時空冷器也不需要額外配置夾套水和中冷水管束;(2)潤滑系統無需預潤滑系統和補油系統,定期保養更換機油濾和機油;

(3)啟動系統業主要求采用電動啟動馬達,發動機廠家配帶兩塊12V、180Ah的蓄電池,極限情況下滿足啟動6次;

(4)發電系統發動機配有一臺28V、70A的發電機,由尾軸通過皮帶驅動,壓縮機組正常運行時,發電機除了向蓄電池充電外,還要滿足壓縮機組和發動機PLC控制柜的用電需求;

(5)燃料氣系統發動機廠家散裝帶有濾清器、調壓器(調壓前20~40kPa)、切斷閥,需要設計燃料氣管線,用來向發動機供給燃料氣;本次設計

燃料氣取自壓縮機組一級進氣分離器,后設置一精過濾器(過濾效率不低于98%,過濾精度不低于0.5μm),用來確保進入發動機燃料氣的清潔度;

(6)排煙系統發動機廠家散裝配有波紋管、排煙管道、V型法蘭、消聲器,本次設計將放空消聲器放置于空冷器上方,消聲器出口設置有阻火器,發動機排放的尾氣經阻火器排出后由空冷器吹散。

圖片


2.4.3 冷卻器選型

冷卻器包括冷卻工藝氣用的空冷器和潤滑油冷卻器。

根據總圖布置,本文選用立式引風式空冷器,空冷器的設計及制造標準依照《空冷式熱交換器》NB/T47007標準設計。設計參數依據表1運行工況參數表,設計工況換熱面積考慮10% ~20%裕度,空冷器除滿足設計工況,還應在最大工況下滿足換熱要求,根據表1中數據,可按溫度差乘以流量作為系數,找到最大工況作校核點,空冷器熱力計算按此作校核,校核點可不留裕度。

本文采用板翅式油冷器,按照JB/T7261《鋁制板翅式換熱器技術條件》及焊接的技術文件制造和驗收。設計參數從選型軟件GEPOWERFLOW -FRAMEDATASHEET中選取:流量55L/min,熱負

荷3520W,因現場無動力電,油冷器選用自然風冷,放置于空冷器進風口,提升換熱效果。

2.4.4 聯軸器選型

天然氣壓縮機組的成撬設計中,一般選用疊片撓性聯軸器,首先根據壓縮機和發動機的連接尺寸及傳遞功率,聯軸器廠家初步選型,然后根據扭振分析結果,最終確定聯軸器的性能參數及是否需要增加飛輪或慣量環。

本機組選用國產無錫創明,型號為TD8-3300R-F(Z)的撓性聯軸器,扭振分析廠家選用中加,按照API618和API684標準、使用時域和頻域相結合的方法,依據壓縮機、發動機、聯軸器的扭轉剛度和轉動慣量,結合壓縮機組的運行工況,得出分析結果:聯軸器無需增加慣性環,同時

給出了扭轉共振轉速,應盡量避開。

2.4.5 高位油箱和集污罐選型

高位油箱主要用于給氣缸注油器和曲軸箱補油,應能維持機組約10天連續工作。壓縮機潤滑油的消耗主要體現在氣缸潤滑和填料潤滑,用于氣缸潤滑的潤滑油隨工藝氣經下一級分離器分離后排污,用于填料潤滑的潤滑油通過排污管引至集污罐,再有安裝在集污罐的排污閥定時排污。以下是根據GE成撬規范,計算填料和氣缸耗油量:單個填料耗油量(pint/d)=0.0000632×活塞桿直徑(in)×沖程(in)×轉速(r/min)氣缸耗油量(pint/d)=0.0000316×缸徑(in)×沖程(in)×轉速(r/min)注:1pint=0.568L,1in=25.4mm計算出每天的耗量,就能計算出供10天補油的高位油箱容積,集污罐容積僅考慮填料耗油即可,一般滿足7天儲存量。

2.5 壓縮機組總圖布置

本次設計有以下要點:

(1)本著布局合理,操作方便的原則,盡可能減小橇體尺寸,本機組外形尺寸:11m×3.3m×3.3m(長×寬×高),總重:43t;

(2)所有與外界相連的接口,配配對法蘭引至橇邊,且在橇座同一端,便于現場安裝;

(3)所有管線管卡均采用扁鋼制作,且管道與管卡之中墊襯一周2~3mm的四氟墊;

(4)所有管卡或支撐鋼結構均安裝在底梁上;

(5)橇座下底梁選用型鋼HM294×200×8×12Q235B,壓縮機和發動機支撐梁選用型鋼HN500×200×10×16Q235B;

(6)橇座空地鋪設有5mm厚的花紋鋼板;

(7)所有安全閥均設有支撐,生根與就近管卡的扁鋼上;

(8)各級排氣緩沖罐安裝2個楔形支撐,靠近出口處安裝一個捆綁式支撐;

(9)壓縮機、發動機、中體支撐、各級分離器下方灌漿C30混凝土,以增加底座結構的剛度,同時降低機組重心高,提供運行的穩定性;

(10)壓縮機、發動機、中體支撐下方設有調整墊板,該調整墊板可用細牙頂絲頂起,對中完成后,在調整墊板與橇座中間灌漿環氧樹脂,最后將地腳螺栓打合適的扭振擰緊;

(11)空冷器的風機是由發動機驅動的,發動機尾軸通過皮帶將扭矩傳遞給傳輸軸,該傳輸軸φ50mm×1400mm,設有安裝在底座上的2個滾動

軸承,最終傳輸軸再通過皮帶,帶動風機旋轉;

(12)油冷器為自然通風,將其布局在空冷器的入口,提高油冷器的換熱效果;

(13)本機組設置有集裝箱,考慮到發動機自帶風機及水箱與空冷器的相對位置,無法將空冷器布局在集裝箱內,因此集裝箱尺寸設計為7.9m×3.3m×3.1m (長×寬×高),空冷器裸露在外面;集裝箱頂部設有2根方管100mm×6mm,一根用來做排煙管道支撐,一根上面焊有吊環,用于起吊緩沖罐,2根方管的設計位置,剛好設置在現場單點吊裝壓縮機組時的吊繩處, 不至于使集裝箱變形;

(14)無固定基礎設計需考慮以下問題:(a)壓縮機組配重,成本在可控范圍內,盡量加大壓縮機組的重量,在關鍵部件下面灌漿混凝土;(b) 所有外接管口均采用柔性連接, 小管線且壓力5.0MPa以下的可以用法蘭式金屬軟管,DN80以上的管線,壓力5.0MPa以上,則選用帶防爆環的

大拉桿膨脹節。

2.6 基礎設計

本壓縮機組采用無固定連接,即橇座與地基沒有地腳螺栓相連,根據以往項目經驗,為吸收壓縮機組振動,同時防止其產生的能量傳遞給地面,在現場硬化地面上設置基礎,四周圍堰采用鋼筋混凝土結構,內部填充砂石。

3 結論

  撬裝壓縮機即是指固定在可以方便移動、安裝的公共底座上的壓縮機組設備。撬裝壓縮機也就是已經將壓縮機本體及附屬設備安裝好了的一個整體式集合,它具有較完整的功能性和自足性[7];本文依據國內外成撬標準,提供一套完整的撬裝天然氣壓縮機組,滿足用戶井口氣增壓的需求。

首先根據現場操作條件,利用GE選型軟件GEPROWERFLOW,對壓縮機進行選型,且對各個運行工況進行熱力計算,列舉出運行工況數據表,以

此為依據,作各個輔機的選型;壓縮機定型后,為降低生產成本,消耗庫存,對庫存壓縮機進行重組,裝配時能考慮配重和油分配塊問題;然后根據項目特點,進行PID圖設計,用于井口氣增壓的壓縮機,進出口設計壓力應是一樣的,橇外管線設計時,應考慮壓縮機停機或者檢修時,具有“越站”功能;最后通過壓縮機組總體布置,提出一些設計要點,用于指導其相關設計。

參考文獻:

[1] SY/T10043泄壓和減壓系統指南[S].

[2] GB/T25359石油及天然氣工業用集成撬裝往復壓縮機[S].

[3] HG/T20570.06化工裝置工藝系統工程設計規定管徑選擇[S].

[4] 張磊.天然氣壓縮機組放空系統設計[J].壓縮機技術,2018.

[5] APIRP520煉油廠泄壓裝置的設置、選擇和安裝[S].

[6] API526鋼制法蘭連接泄壓閥[S].

[7] 馬天嬌,崔維,王國鵬.撬裝壓縮機優點及注意事項[J].科技資訊,2014.

作者簡介:夏思訪(1985-),男,河南太康縣人,工程師,主要從事天然氣壓縮機組的成撬設計工作。

E-mail:xiasifang@jerrywon.com.cn


如果您有任何問題,請跟我們聯系!

公司新聞

Copyright ?蚌埠市新達壓縮機制造有限公司 版權所有       皖ICP備17009045號-1 營業執照

地址:蚌埠市高新技術開發區長青南路1289號

在線客服 聯系方式 二維碼

服務熱線

0552-4033339,4116060

掃一掃,關注我們

免播放器在线观看欧美视频,久久久久免费观看影院,2021国产精品系列观看,伊人只有精品这里久久乐,A片一级在线观看国产,欧美VideO粗暴变态