天然气压缩机培训教材

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第二章、增压站

第一节、压缩机基础知识 第二节、概述

第三节、设备及工艺参数 第四节、工艺原理及流程 第五节、压缩机组面板说明 第六节、发动机的控制系统 第七节、操作规程 第八节、维护保养 第九节、常见问题分析

第十节、二氧化碳自动灭火系统操作规程

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第二章 增压站 第一节

一．增压目的

增压站基础知识

1.提高输气管道的起点输送压力。 2.弥补管内流体流动中的阻力损失。 3.满足天然气用户对供气压力的特殊要求。 二．天然气增压的特点 1.增压站的社会依托条件差

气田大都位于偏远的山区沙漠或其他不利于工程建设的地区，交通不便；供水，供电

设施缺乏，社会协作和社会依托条件差。因此增加基础建设投资。 2.工作介质不清洁

从气井产出的天然气通常含有水、二氧化碳、硫化氢和固体颗粒杂质，清洁程度差。

尽管增压前有气液分离和固体颗粒过滤，仍要求压缩机对气质有很强的适应能力。 3.变工况工作

在天然气生产过程中，天然气的压力、流量波动幅度大。要求天然气压缩机适应变工

况操作的要求，需要选择允许进口压力变化范围宽，流量负荷变化大的机型。 4.气井分散、单井产量小

增压站选址应符合气井分散的特点，选择气井集中或气田的中间位置。

三.增压站的工艺设计

增压站工艺流程设计应根据气田采气集输系统工艺要求，满足增压站最基本的工艺过程，即分离、加压和冷却。为了压缩机的启动、停车、正常操作等生产上的要求以及事故停车的可能性，工艺流程还必须考虑天然气的循环、调压、计量、安全保护、放空等。此外，还应包括为了保证机组正常运转必不可少的辅助系统（燃料气系统、自控系统、冷却系统、润滑系统、启动系统等）。

增压站由分离、增压、燃料及启动、放空五个基本单元组成。

四.压缩机组的选择

1.根据增压的工况和安装地区的自然和环境条件选择

（1）离心式压缩机组的优缺点

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离心式压缩机属于速度型压缩机，压缩机组的流量是压比、转速的函数，压缩机组的流

量、出口压力可以通过转速调节来实现。但离心式压缩机具有喘振和阻塞工况的特性，流量变化幅度较小。随着压比增加，压缩机叶轮级数增加，流量范围更窄。在设计点下，压缩机组的运行效率为80%~84%，在偏离设计工况时，效率降低较多。流量变化范围为70%~120%。对输气量大、工况相对确定的管道压气站，离心式压缩机组经济性能优异。

离心式压缩机结构简单，摩擦部件和易损件少，运行可靠，使用寿命长，运转中无往复

运动，工作平稳，噪声小，无流量脉动现象。同时，它的日常维护工作量低于往复式压缩机。离心式压缩机结构紧凑、体积小、质量轻、功率大，所需台数少；辅助设施、配管也较少，占地面积小。

（2）往复式压缩机的优缺点

往复式压缩机为容积式压缩机，对流量的适应范围宽。流量变化范围为40%~120%。往

复式压缩机绝热效率较高，设计工况点下可达80%~84%。往复式压缩机适用于小流量、流量变化幅度较大，压比高的工况。对中、小气量，不确定性较多的管道增压站，往复式压缩机组较为灵活。

往复式压缩机需要定期更换磨损件，一般在12~18个月需更换，日常维护工作量大，

日常维护费用高。运动有往复运动，由于动力不平衡性和气流的脉动作用，设备基础和配管等需采防振措施，噪声较大。因往复式机组热效率高，在相同输压和压比下，往复式机组燃气耗量小于离心式机组。往复式压缩机组结构复杂、体积大、功率小，所需台数多。辅助设施、配管多，占地面积大。

（3）优先使用离心式压缩机组的场合

对于气量较大，且气量波动幅度不大，压力较低的情况下宜选用离心式压缩机。当流

量小时，相应的离心式压缩机的叶轮窄，加工制造困难，工作情况不稳定。特别是多级压缩的情况下，由于气体被压缩，后几级叶轮的流量更小。因此，离心式压缩机的最小流量受到限制。此外，由于离心式压缩机是先使气体得到动能，然后再把动能转化为压力能，因此比空气密度小的气体要得到同样的压缩比，必须使气体的速度更高。而这样必然导致摩擦损失的增加，因此离心式压缩机压缩低相对分子质量的气体是不利的。

（4）优先使用往复式压缩机的场合

在高压和超高压压缩时，一般采用往复式压缩机。往复式压缩机的压比通常是3：1~4：

1，在理论上往复式压缩机压比可以无限制，但太高的压比会使热效率和机械效率下降，较高的排气温度，会导致温度应力增加。往复式压缩机综合绝热效率为0.75~0.85。由于往复

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式压缩机具有效率高、出口压力范围宽、流量调节方便等特点，在气田内部集输和储气上得到广泛应用，在输气管线上也有使用。 2．根据动力配置方式选择

1）输气管道增压中常用动力配置方式

在输气管道上主要用燃气轮机，天燃气发动机以及电动机。在对压缩机组进行动力配置时应综合考虑如下几个方面：

（1） 驱动机的转速应应与被驱动的压缩机转速相配，这样可以省去增速或减速齿轮

箱的机械效率损失，并使结构简化。活塞式压缩机由于转速低，宜选用电动机或天然气发动机驱动。离心式压缩机转速高，可采用燃气轮机驱动。

（2） 长输管道压气站的驱动机应优先考虑利用天然气做燃料，从能源利用上可省去

发电和输配电过程，较为有利。在电源比较充足可靠且用电经济的场合，可选用电动机驱动。由于压缩机要求电动机转速可调，因此必须采用变频调速电动机。

（3） 根据国内外燃压机组选型使用情况，结合工程的具体情况和需要，燃气轮机一

般选用操作灵活、大修方便、效率较高的轻型工业燃机或航空该进型燃气轮机。

（4） 所以压气站均选用相同机组和硬件配置，以便通过运行人员对设备的高度熟悉

程度将运行风险和运行成本降低到最低程度，同时保证了最少的备件库存费用和最大的技术支持灵活性。

3.压缩机组的的配置

（1）.满足增压过程的工艺要求，主要是指适应流量、进出站压力的变化幅度； （2）.机组的效率 （3）.占地小、费用低； （4）机组的可靠性； （5）.备用率尽可能低。

第二节 概述

处理厂增压站的主要功能是给管道天然气增压，提高管道上午输送能力，满足用户压力要求。根据苏里格气田特点，我厂增压站压缩机组选用燃气发动机驱动的往复式压缩机，共设置7台压缩机组，单台机组日增压气量为150³104m3/d，其中2006年建成2台，2007年扩建5台，最终满足1050³104m3/d的增压要求。

第三节 设备及工艺参数

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天然气压缩机组采用卡特发动机、ARIEL压缩机，由美国汉诺华公司组撬。 一 设备参数 1.发动机

型号：G3608TALE (燃气发动机36系列8缸，涡轮增压) 功率：1767KW

压缩比：9：1

缸数：8缸直列

转速：750～1000RPM 燃气耗量：543方/小时(满负荷) 缸径：300mm 冲程：300mm 启动方式：气驱马达启动 气缸冷却方式：水冷 2.压缩机

型号：JGC/4 功率：3088KW 气缸冷却方式：风冷 缸径：11CL

缸体材料：球墨铸铁 最高允许工作压力：11.65MPa 气阀形式：网状 压缩级数：1级 3.空冷器

型号：air-x-hemphill 驱动方式：电机驱动 风扇数量：2 4.参数正常范围: 压缩机部分

油压：0.31～0.45MPa（45～65psi） 油温：66～72℃（150～160°F）

气缸排气温度：由气体性质、压比及进气温度决定（APIC018规定：最高排温150℃） 润滑油油压差：≤55Kpa 发动机部分

油压：0.35～0.48MPa（1000rpm～1200rpm） 油压压差：见红绿线或一般情况下≤10psi 夹套水温度：82～93℃ 中冷水温度：≤65℃

5.压缩机组的进气、排气压力，余隙与处理量和发动机功率的关系

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（2）. 出口压力

49barg

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（4）. 出口压力

53barg

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图中虚线部分指功率已超过额定功率，属于不允许范围。 （1）由图可以得出结论（在我厂现行他的工况）：

a) 随着吸气压力的升高，处理量也在升高，同时发动机功率也在升高。 b) 随着余隙的增加，处理量在降低，同时发动机功率也在降低。 c) 随着排气压力的升高，发动机负荷增大，处理量降低。

d) 当发动机功率不变时，在一定范围内增大余隙可以增高进气压力，同时可以增高处

理量。

（2）影响活塞式压缩机排气量的因素很多，大致归纳为如下几点：

a) 带动压缩机的发动机的转速的降低而造成压缩机转速降低，会使排气量减少； b) 余隙容积增大，排气量将下降；

c) 吸入压力降低，吸气量减少，排气量也相应减少；

d) 气缸冷却不充分，缸壁温度升高，使吸入气体被加热，体积膨胀而造成吸气量减少，

最后自然也影响到排气量的减少；

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e) 压缩机外泄漏的增加将直接使排气量减少。外泄漏分为两类：其一是气体直接漏入

大气或进气管道中，这部分泄漏直接漏到压缩机之外，显然属于外泄漏；其二是在气缸膨胀或吸气过程中，由于排气阀关闭不严所造成的高压级通过排气阀漏向气缸的气体，也属于外泄漏。外泄漏常常发生在填料函、活塞环、吸排气阀等位置。所以，这些部位密封不严，将造成压缩气体发生外泄漏，影响压缩机的排气量。

（3）余隙的概念和调整

由于压缩机结构、制造、装配、运转等方面的需要，气缸中某些部位留有一定的空间或间隙，将这部分空间或间隙称为余隙容积。（又称有害容称或叫存气）。 （4）压缩机在以下几个部位存在着余隙容积：

a)、活塞运动排气行程终了时，其端面与气缸端面之间的间隙； b)、气缸镜面与活塞外圆（从端面到第一道活塞环）之间的间隙； c)、由于气阀至气缸容积的通道所形成的容积。

气阀本身所具有的容积，如阀座的通道、弹簧孔等（通道容积所占比例最大，环形间隙其值甚微）压缩机的余隙容积，有的是结构上的需要，有的是难以避免的。如活塞运动到排气终了位置时，其端面与气缸端面之间的间隙，主要是考虑到以下几个因素：

a)、活塞周期运动时，由于摩擦和压缩气体时产生热量，使活塞受热膨胀，产生径向和轴向的伸长，为了避免活塞与汽缸端面发生碰撞事故及活塞与缸壁卡死，故用余隙容积来消除。 b)、对压缩含有水滴的气体，压缩时水滴可能集结。对于这种情况，余隙容积可防止由于水不可压缩性而产生的水击现象。

c)、制造精度及零部件组装，与要求总是有偏差的。运动部件在运动过程中可能出现松动，使结合面间隙增大，部件总尺寸增长。

有关气阀到气缸容积的通道 所形成的余隙容积，主要是由于气阀布置所难以避免的。 在压缩机工作时，余隙容积使进气伐吸入的气体体积减少了，相应排气量降低了，所以在设计气缸时，要预先考虑到余隙容积对排气量的影响。设计压缩机时，在考虑到生产率、制造、装配和安全运转等情况下，应尽量使余隙容积小些。但有时为了调整活塞力，相应加大些余隙容积。

在压缩机投产后的运行过程中，进口压力与进口温度对压缩机排量的影响由下式得：

Q=λ1Vh1n

式中Vh1--------一级缸的工作容积；

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λ1--------一级缸的排气系数； 其中λ1=λv1²λp1²λT1²λL1

λv1、λp1、λT1、λL1分别为容积系数、压力系数、温度系数和泄露系数。 以上四个系数中λv1是排气系数中最主要的因数，主要源于气缸的相对余隙容积、压力比、膨胀过程指数。

λv1=1-α（ε1/m-1） 式中α----相对余隙容积； ε----压力比； ｍ----膨胀过程指数；

由上式得相对余隙容积越大其容积系数就越小，所以减少余隙可以增加其排气量；压力比越大，残留气体膨胀后所占用的容积越大，这样直接影响到吸气量，因而影响排气量；气缸的冷却良好，缸壁的温度较低，气体在膨胀过程中吸收的热量就少，膨胀过程指数就越大，导致λv1的值越大。

根据以上理论气缸的冷却效果在现有工况的条件下无法改变，现场可对余隙和压比进行优化调整，现压缩机组的排气压力取决于系统背压，故现场可以进行调整的只有压缩机的进口压力和余隙。

第四节 工艺原理及流程

一 工艺原理 1.压缩机工艺原理

压缩机为往复活塞式单级双作用压缩机，其工作原理如图所示：

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当发动机曲轴通过连轴器带动压缩机曲轴旋转时（如图10-1所示），压缩机曲轴通过连杆、十字头、活塞杆带动活塞在气缸内做往复运动而实现吸气、压缩的工作循环。当活塞由外止点向内止点（曲轴端）运动时，气缸容积增大，压力减小，当其压力低于工艺气进气压力时，进气阀打开进气，而实现气缸的吸气过程，当活塞到达内止点时，吸气过程结束。在曲轴的带动下，活塞在向外止点运动，气缸容积减小，当压力大于工艺气排气压力时，排气阀打开排气，而实现气缸的压缩排气过程。

图2-2-1压缩机原理图

2.发动机工作原理

天然气压缩机组采用四冲程天然气发动机，如右图所示，发动机的工作过程为四个冲程，压缩冲程：气缸的进排气阀门关闭，活塞向左运行，天然气和空气的混合气体被压缩；做功冲程：当活塞运行到上止点时，火花塞点火，天然气与空气的混合气体燃烧后，推动活塞对外界做功；排气冲程：做功结束后，气缸的排气阀打开，进气阀门关闭，活塞的继续运动将气缸内的废气排出气缸；吸气冲程：此时气缸的进气阀门打开，排气阀门关闭，随着活塞向右运行将天然气和空气的混合气体吸入气缸。活塞完成整个做功的循环。

二.工艺流程

自预分离装置来2.5MPa饱和湿气进入增压装置，经压缩机增压达到5.5 MPa后输出。每台压缩机进口设置流量计量设备，进、出口设置紧急截断阀(由压缩机组附带)，并配置8字盲板，以便于检修时的关断，紧急切断阀由压缩机橇配带。

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三 设备说明

1. 启动气和燃料气

启动气由高压燃料气供给，压力为1.0MPa。由两路进入发动机，一路带动启动马达，通过启动马达带动飞轮，从而带动发动机运转，当转速达到要求后（≥300转）发动机点火，开始工作。另一路带动预润滑泵，用于机组启动前的预润滑和停机后的后润滑。

燃料气由低压燃料气供给，压力为0.4MPa。燃料气经过燃料气分液罐，然后经过调压阀调压，再经过换热，最后进入发动机气缸。

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燃料气

启动气

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1.燃料气缓冲罐 2.燃料气换热器 3.气缸

4.调压阀 5.油杯 6. 启动马达 7. 预润滑马达

1.气路流程

天然气由进气阀门进入压缩机组。首先进入进气洗涤罐,在这里可以分离气体中的液体(如果气体中的液体被带入压缩机会造成气阀损坏和气缸磨损、腐蚀)，然后通过进气阀进入压缩缸，气体在被压缩的过程中会释放大量的热，所以还要经过冷却（冷却方式为风冷），在气体冷却的过程中会凝析出液体，并且气体中会带有一定量的润滑气缸的机油，因此天然气从冷却器出来后再经过后洗涤罐，分离出液体，最后由排气阀排至脱油脱水装置区。

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压缩机

（1）进口洗涤罐 （2）压缩机进口缓冲罐 （3）压缩机出口缓冲罐 （4）空冷器 （5）出口洗涤罐

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2. 冷却液流程 1）冷却目的

（1）保证机组自身的持续安全运行。

（2）为多级压缩机各级的压缩过程协调一致提供条件。 2）冷却的对象、部位和方式

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（1）燃气发动机的冷却。

冷却的部位是发动机的气缸和缸盖，通常采用风冷和水冷这两种方式。

① 风冷即空气冷却，以空气为冷却介质，将发动机气缸具有的热量散发到大气环

境中去。一般在缸体与缸盖外壁上设有散热片。风扇将空气吸入，沿缸体与缸盖外的导风罩，流经散热片而带走热量，故结构简单、重量轻、维修方便。但取走热量的能力有限，多用于小型发动机上。

② 水冷式冷却系统。用水做冷却介质，将发动机受热件热量传送出去。根据冷却

水循环方式的不同分为蒸发式、自然循环和强制循环3种。

（2）对压缩机的冷却。

和燃气发动机一样，通过气缸水套或气缸外的散热片进行冷却，但冷却水套的布置考虑了对气阀的冷却。

为了避免在水套内形成死角和气囊，提高传热效果，冷却水最好在气缸一端的最下部进入水套，从气缸另一端的最高点引出。

压缩中烃含量高的天然气时，气缸内易析出烃凝液，水套中的冷却水温度宜取得高一些，可达60~80℃，当压比不高，排气温度不超过80~100℃，不必加水冷却。 压缩机组的冷却液为防冻液(LA40)。冷却液分两路进入压缩机组。一路由水泵打入发动机对发动机气缸进行冷却，称为夾套水 ；一路经过水泵进入发动机后冷却器、、发动机润滑油换热器以及压缩机润滑油换热器，分别对发动机进气空气冷却、、发动机润滑油换热以及压缩机润滑油换热，称为辅助水。两路冷却液换热后通过恒温阀保证冷却液进口温度，然后经过空冷器冷却后再次循环。

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发

动机

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1. 夹套水泵 2. 燃料气加热器 3. 空冷器 4. 辅助水泵

5. 发动机润滑油换热器 6. 后冷却器 7. 压缩机润滑油换热器

发动机冷却系统

（1）这些孔由成橇商根据需要定做 （2）这些孔由成橇商或客户根据需要定做 （3）排气管线 （4）这些孔由客户根据需要定做 （A）涡轮增压器 （B）气缸座和气缸头 （C）夹套水泵 （D）夹套水恒温阀 （E）储液箱 （F）热交换器 （G）发动机油冷却器 （H）后冷却器 （I）混合器 （J）辅助水泵 （K）辅助水恒温阀 （L）储液箱 （M）热交换器 3.油路流程

压缩机组润滑油（ＬＡ４０）通过两路及两个自动补液装置分别进入发动机油底壳和压缩机油槽。发动机的润滑油经过油泵进入油换热器，然后经过油滤清器，最后进入发动机各润滑点；压缩机的润滑油经过油泵进入油换热器，再经过油过滤器，然后进入压缩机各润滑点。

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压缩机

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发动机

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1. 储油罐 2.油泵 3. 油换热器 4. 油滤清器 5. 自动补油器 （1）发动机润滑系统