往复式天然气压缩机提高进气压力范围的探索研究

往复式天然气压缩机提高进气压力范围的探索研究

张安疆,张眀星,李体刚,赵凯

中国石油运输有限公司沙漠运输分公司

摘要：目前油气田在用的天然气压缩机针对特定工况进行选型设计，属于定制型产品，设备运行时进气压力只能控制在压缩机出厂时设计的进气压力范围内使用，现用进气压力以0.2MPA-0.5MPA居多，压力范围窄，当场站天然气压力超出压缩机设计进气压力范围时，机组很难满足工况要求，造成设备使用的局限性。多数情况下进气压力高出压缩机进气压力设计值时，需进行减压后接入压缩机进气管，损失减压前原有压力能。通过提升压缩机进气压力范围，压缩机能满足现场多种压力工况，提高设备使用的适用性，充分利用天然气场站压力资源，节省设备投资，使现有设备在更宽泛的进气压力工况下运行。

关键词：往复式天然气压缩机；提高进气压力范围；适用性

前言

油气田多数采用往复式天然气压缩机作为生产工艺中增压的重要环节，用于提升气体压力能，满足生产工艺、装置运行、长输管道、排水采气等要求。由于使用场所的处理量、场站进气压力、末端排气压力等因素，造成了目前天然气压缩机均属于定制型产品，由于使用工况的不确定性很难设计出满足所有工况需求的装置，尤其以碳酸盐岩层为代表性，该类型岩层压力衰减快、有效生产周期短，一种天然气压缩机基本无法满足碳酸盐岩层高产高压至低产低压过程时的宽范围使用要求，通常情况，根据实际情况调整更换整机设备，满足处理量和进气压力要求，造成设备全周期使用率低、装备储备需求量大、配件储备量大等实际问题。在不改变压缩机处理量的情况下，提升压缩机进气压力范围，对于减少投资、降低运营成本、减少场站工艺技改、提升设备使用效率十分有益。

提升天然气压缩机进气压力范围解决方案

1.提升进气压力范围面对的问题

目前沙漠运输分公司在用往复式天然气压缩机使用受到此类局限性问题，很难满足不同处理场站的需求，例如进气压力范围：0.2-0.5MPa的天然气压缩机，最低进气压力不得低于0.2MPa，最高进气压力不得高于0.5MPa。如果该机型应用于进气压力高于0.5MPa的场站时，通常做法，采取调压方式，将高压降低至0.5MPa以下，供压缩机增压。当进气压力较高时很难满足使用要求，原因为：高压气体调压至0.5MPa时，由于节流降温很大不符合设备设计工作温度要求，同时采取先降压后再增压，浪费了原有高压气体的压力能。

2.往复式压缩机工艺流程

往复式天然气压缩机内部工艺流程简图如下（以四级压缩为例）：

3.提升压缩机进气压力范围适用性方案

目前往复式天然气压缩机以4级压缩为主，各级压缩均有一定的进气压力范围要求，以进气压力范围0.2-0.5MPa、排气压力16MPa压缩机举例：

一级排气压力（或称二级进气）范围：1.0-2.0MPa；

二级排气压力（或称三级进气）范围：3.2-4.5MPa；

三级排气压力（或称四级进气）范围：6.2-8.5MPa；

四级排气压力：16MPa。

通过以上数据分析可知：

①当井站压力在0.2-0.5MPa时，不做任何调整，按照设备原有设计及流程进行增压处理；

②当井站压力在0.5-2.0MPa时，将二级进气管线作为总进气口，可直接增压不需减压处理；

③当井站压力在2.0-4.5MPa时，将三级进气管线作为总进气口，可直接增压不需减压处理；

④当井站压力在4.5-8.5MPa时，将四级进气管线作为总进气口，可直接增压不需减压处理。

如采取以上思路对压缩机进行优化，进气压力可在0.2-8.5map范围内压缩机正常使用，极大增强设备利用率，具体措施如下：

①在机组原二级、三级、四级进气管线上各加装一个三通球阀，三通球阀两端与机组原管线连接，三通另一端作为总进气端；在外输管线与进气汇管间加装一个三通球阀，作为设备启动时的回流管线。

②新增进气汇管，设计压力10MPa，汇管设置2个出气口、1个进气口、1个回流管线口、1个补气口。

优化后的天然气压缩机工艺流程图如下：

4.各类工况时气体走向

1.当进气压力在0.2-0.5MPa时，气体走向如下图：

气体流程：天然气经进气总阀→1级进气阀→1级气缸→三通阀A→2级气缸→3级气缸→4级气缸→三通阀C→气体外输。

注释：图示内黄色管线代表天然气气流走向，黑色管线无天然气，绿色管线代表满足改级气缸自循环工艺气管线，下图同理。

2.当进气压力在0.5-2MPa时，气体走向如下图：

气体流程：天然气经进气总阀→2级3级进气阀→三通阀B→三通阀A→2级气缸→3级气缸→4级气缸→三通阀C→气体外输（图片中黄色部分）。

注：启动此流程时，开启1级补气调节阀，确保1级气缸正常运转，安保流程为图片中绿色部分，防止一级缸体工作温度低，支撑环膨胀量低，一级活塞跳动量大，整机震动大；防止一级活塞负荷的降低，往复力改变，导致一级连杆小头衬套反向角改变，因断油造成润滑不良，出现小头衬套早期磨损。

3.当进气压力在2-4.5MPa时，气体走向如下图：

气体流程：天然气经进气总阀→2级3级进气阀→三通阀B→3级气缸→4级气缸→三通阀C→气体外输（图片中黄色部分）。

注：启动此流程时，开启1级、2级补气调节阀，确保1级、2级气缸正常运转，安保流程为图片中绿色部分，防止缸体工作温度低，支撑环膨胀量低，活塞跳动量大，整机震动大；防止活塞负荷的降低，往复力改变，导致连杆小头衬套反向角改变，因断油造成润滑不良，出现小头衬套早期磨损。

结论：对现有压缩机一、二级改造后可满足0.2-4.5MPA的进气压力工况。基本满足塔里木油田零散天然气回收增压需求。如有特殊需求，压缩机三级进行改造后，可满足0.2-8MPA进气压力工况。

5.预期效果

通过往复式天然气压缩机提高进气压力范围的探索研究，可满足天然气适应更宽泛的进气压力范围，及气量波动、搬迁频繁、建设周期短的工况要求，具有一定得推广意义。

6.经济效益

通过实施往复式天然气压缩机扩大进气压力范围，实现成本控制最低化，预计实施费用10万元。改造完成后可节约增加调压装置和因工况不符更换压缩及的费用。满足多种进气压力工况，同时改造优化后不降低原有设备处理量，可增加现有设备工作率，不再增加投资购置新设备，满足现场频繁变化的井口气压力，而且避免了井口气的压力能损失，达到节能降耗的目的。