离心压缩机及其辅助系统设计点分析

离心压缩机及其辅助系统设计点分析

刘宣祎

中石化石油工程设计有限公司

摘要：随着市场天然气需求量的增大，许多已建长输管道的站场需要扩建增压功能来增大管道输送能力，新建的长输管道更是需要合理的设计压气站的个数及位置，而压缩机的相关设计显然成为了压气站设计工作的重点。通过天然气长输管道压气站实例（榆济线压气站）对大功率离心压缩机组的安装布置及其辅助系统（干气密封、仪表风）进行分析，同时运用CAESARⅡ对离心式压缩机进出口管道进行受力分析，调整管道支吊架形式和管道安装方式来改善设备管口的受力，优化管道布置。总结压缩机相关问题的设计重点，为压气站的设计提供有利的帮助。

【关键词】离心压缩机；应力分析；干气密封；仪表风

0前言

天然气长输管道压气站的功能是给天然气增压以维持所要求的输气流量,主要设备是天然气压缩机。榆林至济南输气管线在榆林首站、平遥、安阳原站基础上扩建增压功能，均需增设不同数量的离心压缩机，在此设计过程中，虽然三个站的压缩机安装方式及配套管线安装均不相同，但对于压缩机相关的设计思路和注意要点却是基本一致的。

1、压缩机厂房

厂房的高度主要取决于压缩机的安装、检修和厂房内所选吊车的形式及机组的大小。设备所需最低起吊高度、起吊质量、起吊部件的尺寸和起吊方法均影响厂房的高度，若厂房内设置管廊、支架或操作平台，起吊高度需考虑跨越厂房内最高点。通常我们在设计厂房的高度时首先要确定吊车的轨顶标高，然后土建专业根据轨顶的标高来确定厂房的高度。[1]吊车轨顶标高取决于压缩机最大检修部件的外形尺寸、重量及其检修空间，设计好压缩机最大起吊件的起吊路线对于厂房高度设计至关重要。

另外，厂房出入口应便于操作人员通行，并至少应有一个门能使厂房内设备的最大部件出入。厂房大门的位置除了受柱距影响外还与房内压缩机组的布置有关，大门位置宜开在两套压缩机组之间检修通道的位置，尽量避免对着压缩机组，为方便日后厂房内检修进车。

2、压缩机组布置

通常压缩机房内除了布置有压缩机本体及配套变频器和电机，还有压缩机辅助润滑油系统的润滑油站，另外，根据站场所在位置的气候条件等因素还可能设置有风机房。压缩机的布置应符合生产工艺流程顺序，并考虑与供电、供气、供水系统配置的合理性，使各种管道路径简洁，可以考虑将管道全都布置在压缩机房的一侧（或压缩机端或电机端）。压缩机布置除了考虑设备本身的占地要求，还要满足压缩机组各部件的检修空间，两套压缩机组布置间距也取决于压缩机操作和检修所需空间。

润滑油站单独成橇布置在压缩机组的一侧，橇与机组间管道较多，布置间距不宜太大，管道要合理规划布置，考虑机组与橇之间的操作和人行通道，必要时可设置支架或踏步。润滑油系统若设有高位油箱，可考虑布置在压缩机房外。

3、干气密封系统

干气密封的工作原理是利用流体静力和流体动力的平衡实现的[2]。离心式压缩机每个缸体的主轴两端都有密封，分为高压端和低压端。目的都是防止天然气泄漏。每套压缩机组都配套干气密封系统，一般系统由厂家成橇，布置在靠近压缩机一侧。干气密封系统全部管线均为不锈钢材质，橇内集成了一级密封气流程、后置隔离气流程、一级泄漏放空流程等，对外接口数量较多，在设计过程中要注意每个接口的功能、压力等级、法兰要求等等。

干气密封橇内过滤器的排液问题也值得注意。在一级密封气流程中，机组出口气或增压气需经过过滤器达到一定精度再经调压加热计量后再进入高压、低压密封腔。过滤器的排液放空需要确定排放压力、排放介质和排放量。榆济线安阳压气站在设计过程中将过滤器先放空泄压再室内排液，但排放压力为7.5MPa，排放介质为含油天然气，放空为压缩机房高点放空，此方案存在泄压时房顶冒油的隐患，方案流程见图3。经讨论，将方案改为过滤器设备本身放空口用来检修更换滤芯时放空使用，将排液接到站场过滤分离器入口处，这样既消除了隐患又避免了厂房内就地排液的麻烦，图4为修改后的方案。

干气密封系统投运时，必须先启动密封气与隔离气，然后开始供应润滑油，以防在没有密封气和隔离气时润滑油进入密封系统造成污染，损坏密封面。在气体供应顺序上应遵循隔离气、二级密封气、一级密封气的顺序来投用。为避免窜气，应严格遵循规定顺序开启。[4]

4、压缩机组耗气量计算

压缩机组耗气量的计算是站场空压机选型和仪表风储罐设计的重要依据。压缩机组仪表风消耗清单都设备供货商提供。

对于空压机的选型和仪表风储罐的容量设计不是单纯的将清单中的数值加合，要考虑不同情况下仪表风的用量，例如在空压机正常运行时，电机正压通风耗气量和干气密封增压泵驱动气不作为计算仪表风储罐容积的考虑因素；在空压机处理量设计时，需考虑瞬时最大仪表风用量发生于一台压缩机正常运行，备用压缩机冷备启动的时候，此时，给电机正压通风、干气密封增压泵驱动气供气，而不存在电机正压通风泄漏补偿量。根据《SHT-3020-2013_石油化工仪表供气规范》仪表气源装置设计容量的计算公式分别算的计算耗气量、连续耗气量、开车耗气量比较得出空压机的配置及规格。

5、结束语

在工程设计中，将离心压缩机相关的设计点进行分析总结，为压气站场压缩机的相关内容提供了设计思路。由于压缩机系统的复杂性，站场天然气增压的设计仍有很多问题需要进一步探究，例如机组的防喘振控制系统、机组仪表设置的必要性分析以及配套冷却的循环水系统设计、润滑油系统设计等。这些问题的系统分析，将为天然气长输管道站场的设计提供有力的技术支持。

参考文献：

[1]张德姜，王怀义，刘绍叶．石油化工装置工艺管道安装设计手册［M］．北京:中国石化出版社，2009:105～106。

[2]刘培军，杨默然.干气密封在离心压缩机中的应用[J].油气储运，2007，26(7)：51～54。

[3]王晋华，同利平，赵珊珊.离心压缩机组管道优化布置及应力分析计算[J].化工设备与管道,2014，52(4):50～52，58。

[4]杨烨，许克军，彭斌望等.离心式压缩机干气密封技术探讨[J].石油和化工设备，2014，17(6)：89～91。