浅析天然气外输压缩机选型优化设计

要:随着社会的进步,时代的发展,天然气工业得到了较好地发展。一般情况下,对于正在开采中的气田,其气产量会随着开发的深度和广度呈现逐年递减的趋势。因此,天然气压缩机选型至关重要,这直接关系到海上气田的气产量。我们要考虑流量、二氧化碳等影响因素,综合分析不同选择方案,优选最佳天然气压缩机类型,才能进一步确保海上气田的气产量。本文主要通过分析天然气压缩机概述、选型要求、设计思路等内容,针对性优化设计方案,以期为石油开采行业工作者提供有效参考价值。

关键词:天然气管道;压缩机;驱动;选型优化

在当今经济快速发展的时代下,持续增长的能源需求拉动了海上天然气田的建设,各种类型的天然气压缩机应用广泛。主要功能是用于气体生产过程中的压缩和增压,保持天然气管道平稳安全运行,促使天然气运输符合流程应用要求。天然气压缩机型号的优化选择既可有效确保气体生产过程的稳定性和合理性,又能促进生产水平发展,降低能源损耗,提升企业实际经济效益。由此可见,如何优化天然气外输压缩机选型设计工作不容忽视,我们可以根据天然气管道实际运营情况,科学合理地选择压缩机驱动方式,确保天然气全生命周期外输压缩机能稳定可持续运行。

1.天然气外输压缩机概述

(1)压缩机驱动设备分类

海上平台上常用的外输压缩机的驱动方式有:旋转驱动、往复驱动、离心驱动和螺旋驱动四种。其中,“回转式压缩机驱动”又可细分为容积式压缩机驱动和动力式压缩机驱动。容积式压缩机驱动主要靠叶片或螺杆旋转来降低或增大气体压力。动力式压缩机驱动是通过旋转叶片组向气体传输能量,并把气体压到扩压器上,使之控制扩压器的速度,由气体动能变为静压能量;“往复式压缩机驱动”即是利用汽缸内的活塞对气体进行压缩,在气缸内部实施往复操作,不断对天然气进行吸入与排除操作,从而能不断向设备施加压力,适用于不同气压和不同流量。在使用往复式压缩机进行驱动增压时,能有效保障小流量高压力工况的安全运行,并减小电力等各种能源的损耗,轻松实现节能降耗生产目标。因此,它是海洋天然气工业中常用的压缩机驱动机型;在离心运行装置中对天然气进行压缩,就是“离心压缩机驱动”,气体流量偏小时无法实现较好的运行效果,但是适用于大气体流量工况。

在海上气田生产操作中,离心压缩机更适用在长距离的输气系统中,可获得较好的操作效果。在大排量场合可使用垂直式离心设备,反之可使用水平剖分式离心设备。“螺旋式压缩机驱动”是回转式压缩机,主要依靠螺杆施加压力在天然气体上,常作为低压气压缩机,将天然气有效预增压。总之,面对天然气外输压缩机驱动设备的优化选择,要根据不同地区的气田技术与操作标准,才能高效率、高质量地进行天然气生产。例如,当我们使用电动驱动方法时,可以优先考虑节能型压缩机,并结合变频调速工艺,尝试通过改变电源频率实现节能目的,从而确保企业资源得到合理规划。

(2)压缩机驱动操作介绍

外输压缩机驱动工作原理不复杂,主要依靠电动机带动曲轴转动,推动活塞重复运动,即曲轴一次转动,活塞一次相应转动,两者同时运转。此外,气缸吸气、压缩和排气都是压缩机驱动装置的工作过程。在具体操作中,首先,我们要严格规范操作行为,避免操作不当而引发的安全事故或者机械损坏等情况发生;其次,我们要加大设备管控力度,确保各设备、各部件正常运行。如有不当之处,应及时判断并处理,进一步保障天然气外输压缩机平稳运行。具体操作流程如下:

第一,在外输压缩机工作之前,及时检查气源压力及电力绝缘、阀门等部件是否处于正常工作状态,做好相关必要的零件润滑处理,从而延长压缩机使用寿命,达到降低运行成本的目的。

第二,执行压缩机的所有准备工作后,按下压缩机“启动”键。对于运行中的天然气外输压缩机设备,应注意观察压缩机组运行工况,严格控制气体压力和各个阀门系统力度,并记录压缩机各个设备的运行参数数据,为日后压缩机维修复检提供详细数据支撑。

第三,当需要外输压缩机停止工作时,需控制进气阀开动,根据设备实际情况按下“停止”工作按钮后,压缩机设备各系统、阀门和操作部件的检验、冷却、润滑和维修处理都需要再次检查。最后,做好设备的扫尾整理工作,为下一次外输压缩机驱动方式启动运行打下坚实基础。

2.天然气外输压缩机选型要求

就目前情况而言,离心式压缩机的优势是:排量大、操作外形小,有效减小了设备占地空间,使其能够适应更多的海上操作平台;但其不足之处表现在设备购买、维修等方面较为昂贵,需要大规模投资。并且,离心式压缩机调节压力与流量范围有一定的限制,不具备较高的性价比,会造成不必要的企业资金浪费;往复式压缩机最显著的优势是:流量与压力可调节范围大,可适应不同的海上操作平台工作需求;但其不足之处是设备整体结构较为复杂,零部件较多,后续不易维修和保养。另外,往复式压缩机相比离心式压缩机而言,尺寸和重量都偏大,一方面是运输不太方便,另一方面是占地空间较大。因此,海上天然气田的建设需要根据实际情况和主要控制点需求针对性且合理地选择最优机型,才能达到高质量地发展,从而确保企业长远的经济效益。

(1)天然气量要求

在选择具体的压气机驱动方式时,具体问题具体分析综合考虑气量。举例来说,当天然气的标况产量为120000m3/h、出口压力为7.9MPa时,外输压力为中等,但外输流量较大。往复式压缩机一般情况为活塞式压缩驱动方式,会改变腔体容积,适用于压力较高但流量较小的情况。离心式压缩机驱动相比往复式压缩机驱动更为适合。因此,就目前情况来看,天然气在处于120000m3/h的标准产气量、7.9MPa的出口压力时,将会产生较大的流量和适中的压力,此时选择离心压缩机驱动最为合理。这是因为往复式压缩机多是采用活塞式设备,需要通过不停运作的活塞,才能有效改变墙体内部容积,所以适用于流量较小、压力较高的天然气田。

(2)海洋平台空间要求

按照海洋平台的实际应用来看,操作空间有限,但却需要支持各种生产活动,我们需要考虑选择的压缩机驱动方式是否符合海洋平台空间要求。离心式压缩机驱动结构简单、小巧精致,占地面积不大,且在大流量外输工况下配置台数少,能大幅减少天然气外输压缩机占用海洋平台空间以及实际运营成本。

(3)海洋平台适用要求

在海洋平台中,压缩机驱动方式需要选择日常维护保养频率较低、不易磨损且运行时间较长的驱动方式。因此,离心式压缩机驱动因结构相对简单,运行平稳,能有效减少磨损程度,保障压缩机长时间运行,符合海洋平台适用要求。

(4)供电形势分析

天然气外输压缩机驱动方式的选择,应考虑电源形式、气量大小及高抽气压力装置的适用性。压缩机的驱动装置在额定功率设计时,要求比压缩机轴功率大,留出足够的空间,避免超载。此外,外输压缩机在驱动方式的选择上还要跟上具体运行环境的特点,及时调整运行功率。

(5)驱动设备分析

只有当驱动设备符合压缩机的转速需求时,才能最大限度降低机械磨损程度,进而延长压缩机的使用寿命。因此,在燃料选择时,我们应基于能源角度优先选择天然气燃料,简化发电过程中的操作流程和减少不必要的设备投入,进一步缓解海上平台供电紧张的困境。尤其是气量较大时,使用高排压力设备更为合适。总之,选择具体驱动设备时,一定要注重其设计额定功率的数值,并将其与压缩设备的轴功率相对比。具体来说,即设计额定功率要大于轴功率,且要预留出一定的调节范围,才能有效规避超载等问题。另外,在选择驱动类型时,要根据不同的操作环境,针对性调整运行功率,才能优选出最佳的驱动设备方案。因此,根据以上情况所述,目前在海上平台气田开采中,选用离心压缩机驱动是最佳的选择,既能满足天然气量、海、台空间要求及适用要求,又能最大限度降低企业成本支出,提高利润空间,促进我国石油开采行业繁荣发展。

3.压缩机整体设计思路

(1)选型基础

通常情况下,配置天然气压缩机是为了满足开发过程中的不同情况,才能确保海上气田的气产量。因此,我们一定要考虑工艺设计系数,才能满足区域全部投产后的外输压力需求。具体详见表1。

表1  工艺设计参数
图片

(2)设计思路

首先,我们要收集压缩机在不同工况下的参数信息,以此确定压缩机形式等内容;其次,要根据压缩机不同工况排除初步设计方案,提高后续工作的效率与质量;最后,深入分析不同的影响因素,才能确定最适合该地区的压缩机驱动形式。

4.海上气田天然气外输压缩机驱动优化设计

(1)优化建设基础设施

对于运行中的外输压缩机消耗大量电能的情况,需要满足安全与稳定性要求,优化基础设施建设。比如,配电网的电缆、压缩机的运行状况、实际运行工况等,分析各部分运行数据信息,发挥基础工作的作用。合理控制基础配电箱柜的容量,满足海上气田天然气外输的需求,落实环境影响因素的保护设施,规避该区域因海上特殊作业出现连接点腐蚀等情况。另外,完善噪声监管体系、电流量体系,记录相关运行参数,为准确判断外输压缩机是否故障提供数据支撑。

(2)优化配置防护系统

针对海上气田平台作业的特殊情况,综合防护系统可为压缩机、储气罐等设备提供备用保护,保护专业的电缆接口。要及时做好设备叶片、保护罩及活动杆的安装工作,避免天然气外运后期操作时发生剧烈震动。综合防护系统在联接各电缆接口区时,应充分利用现有的综合管理系统,避免接口区被海水侵蚀,降低接口强度。此外,优化配置保护系统和压缩机设备运行波动性,应及时安排专业技术人员对储气罐和固定装置的连接强度进行检测,选择专业防锈材料,连接法兰部位,避免设备发生大规模锈蚀。

(3)优化建设管理系统

在压缩机建设管理系统中最为关键的就是相关工作人员专业素养,既要保障天然气外输压缩机各专业设备平稳安全运行,又要对运行现状进行合理分析、管理和探讨。保持天然气外输压缩机长期稳定运行。例如,海上气田平台运行的压缩系统,工作人员需要根据具体设备类型、型号及工作原理为依据,对相关设备问题及管理方式展开分析、调查和归纳,不断完善工作管理体系,确保设备正常运行。若设备系统运行出现问题或者稳定性能降低时,要以最快速度找准问题所在,发挥强有力的专业素养促进天然气外输压缩机平稳运行。

(4)优化运行系统

对压缩机传动系统进行优化时,必须明确设备的型号和工作原理,并根据具体情况进行分析判断,以确定系统是否正常、安全、稳定。此外,升级人力资源管理系统,注重工作人员的专业素养培养与教育。其专业素养决定了在设备发生故障时能否第一时间发现系统运行的问题和缺陷,展开检测工作,并采取针对性的设备维修保养工作,最大限度降低企业经济损失,节约运营成本。

5.结束语

综上所述,天然气压缩机组驱动方式的优化设计是一项极具挑战性且具有开创意义的工作,对天然气管道实际运行具有很高研究价值,其重要性在外输压缩机驱动设计和优化运行工作中日益突出。因此,优化天然气外输压缩机驱动设计,考虑管道实际运输量及能源价格变化对天然气驱动比选方式的影响,因地制宜,具体问题具体分析制定出最科学合理的驱动方式优化设计方案,优化建设基础设施,满足安全与稳定性要求;优化配置防护系统,避免设备出现模锈蚀情况;优化建设管理系统,及时发现设备运行问题;优化运行系统,减少设备故障支出成本,促进天然气外输平稳经济运行。

麻木有时似乎是为治愈而留的空隙。
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听着内姨Schubert平凡而简单的美妙,重复与变化之间始终如自然的流水声一般清澈而舒适,如此恰当的诠释也许是做到了一种心境的融合吧…

【#济南# 大道通衢铺就高质量发展之路 济南起步区高起点谋划织就畅达路网】
开局起步,交通先行。绿色智慧宜居新城区的建设和主导产业引领的高质量发展都离不开交通的强力支撑和保障。起步区自获批以来,就把交通路网规划建设放在重要位置,超前谋划、强力推进。

一年多的实践证明,起步区建设发展中融入了很多先进理念,尤其是在市政道路建设方面:所有市政道路快车道都不再有检查井井盖;向“地下”要空间建起综合管廊;所有人行道都采用透水材料形成“会呼吸”的景观路面等。

视线越过市政道路本身,捕捉到的是起步区正在加速形成的“四横八纵”的快速路网、内外双循环的高速通道、九线汇集的轨交体系……当前,起步区基础设施建设正逐步完善,已开工的市政道路陆续具备通车条件。

会展南路是起步区国博城片区第一条通车的市政道路,为沿线居民出行提供了很大便利。除了会展南路,国博城片区还有萃清路、会展中路等七条道路。记者在探访时注意到,这些道路的快车道上都没有设置井盖,整条道路路面整洁流畅。

千万别小看这些井盖,小井盖背后折射的是交通理念的巨大变化。

过去修路,因机动车道底下有各种各样的市政管线,维修管线就要设置各种各样的检查井。这样一来,市政管线维修时容易出现反复刨掘和马路拉链现象。另外,车辆反复碾轧检查井轻则发出噪音,重则造成交通事故,井盖附近道路病害也频发高发。为此,起步区自建设以来就提出一个目标:快车道马路不见井盖。

起步区建设管理部相关负责人告诉记者,起步区市政道路的检查井及雨水箅子设置在慢车道及人行道下方,快车道内不再设置检查井井盖。

归根到底,起步区不在快车道设置井盖的“底气”源于综合管廊的铺设。

之前,《中共济南市委关于加快济南新旧动能转换起步区建设的意见》曾提到,起步区要全面建设畅达城市,充分有效利用地下空间,统筹地铁、地下道路、综合管廊、地下停车场功能布局和综合开发利用。

为此,起步区在国博城市政道路、智慧物流园区配套道路、引爆区市政道路等,都提前谋划并铺设了综合管廊。其中,国博城片区市政道路工程全长约11公里,综合管廊长2.257公里。该综合管廊为矩形双舱布置,分别为高度3米的综合舱和电力舱。综合舱内容纳给水、中水、通信管线,电力舱内仅容纳电力管线。

起步区建设管理部相关负责人告诉记者,市政道路综合管廊的设置,减少了通信、电力等系统在城市上空布置的线缆和在地面上竖立的电线杆、高压塔等,在节约了城市用地的同时极大提升了景观效果。

“管线的敷设、维修都可以直接在综合管廊内进行,大大节省了路面及管线多次翻修的费用和工程管线的维修费用,避免了由于敷设和维修地下管线频繁挖掘道路而对交通出行造成的干扰,确保了道路交通顺畅。”该负责人说。

综合管廊是一种现代化、科学化、集约化、智能化的城市基础设施,如同城市的“血管”、“神经”,更是城市功能的“生命线”。综合管廊有利于增强城市防灾抗灾能力,促进城市地下空间的开发,节约城市建设用地,为起步区发展提供强大后劲。

除了快车道看不到井盖,起步区的马路路面也暗藏玄机。部分市政道路采用了透水材料,这使雨水能迅速渗入地下,快速消除道路、广场的积水现象。

记者从起步区管委会建设管理部了解到,目前起步区内济水路、国博城二期市政道路、智慧物流产业园二期市政道路以及起步区范围内原省道101、国道104、国道309改扩建工程,黄河大道一期工程等人行道面层均已采用透水砖或透水混凝土。未来的道路建设中,在满足技术要求时,快车道也将首先采用透水路面。

起步区管委会建设管理部有关负责人介绍,透水路面采用特殊材料与工艺,可保证雨量较小时在一定时间内可以完全渗完,路面不形成积水。当集中降雨时,透水路面同样能减轻城市排水设施的负担,这对于起步区探索建设韧性城市同样具有积极示范带动作用。

起步区的市政道路在道路施工过程中同样“不一般”,各市政道路工程优先采用绿色施工技术。

面对辖区内“缺石少土”的自然条件,起步区将拆迁后的建筑垃圾代砂石料应用于路基换填、便道建设之中,大量建筑垃圾变废为宝。“这样做使得平均成本降低60%以上,实现了资源循环再生和重复利用,也大大节省了建设资金。”起步区管委会建设管理部有关负责人介绍。

智慧设施应用推广是起步区道路建设中应用的又一有力举措,起步区市民服务中心南侧的济水路率先开展了智慧路灯的应用,一根路灯集无线广播、5G微基站、环境检测探头、监控摄像头、智慧显示屏于一身。

“仅智慧显示屏就可以实现天气预报、路况引导、应急提示和广播宣传等多项功能。智慧灌溉、智慧调节等智慧管养设施也在同步建设之中。”起步区管委会建设管理部有关负责人介绍。

新路网!快速通道多走地下,地上不再建设高架路

畅达高效的交通网络是起步区建设开好局、起好步的重要因素。

起步区规划布局“四横八纵”快速路网络,总长为196公里,以支撑空间拓展、组团间出行等需求。同时,为不“割裂”起步区城市发展,新建快速路将尽可能按照地下快速通道建设,在中心城区不再规划建设高架路。

黄河大道作为起步区“四横”快速路网的重要组成部分,一期工程在城市核心区以隧道形式为主,沿线共布置3段地道,总长度超过一期路段一半以上。按照计划,起步区今年将完成黄河大道一期及崔寨片区市政道路一期建设,启动黄河大道二期、凤凰大桥西延等连通道路研究。年内新建市政道路不少于20公里,续建道路不少于70公里,具备通车条件的道路里程突破100公里。

按照起步区综合交通规划,轨道交通也将成为“一体化、多元化、品质化”公交服务体系骨干。规划构建城际铁路、市域铁路、城市轨道、中运量轨道四网合一的轨道交通网,推动济阳、齐河融入北部都市区,打造“轨道上的起步区”。

城市发展依靠的是道路打通“内外双循环”。为加强起步区与老城区联系,实现南北一体,起步区现有及规划跨黄通道17处,全部建成后,主城区跨黄通道平均间距仅2.8公里,在所有黄河沿线城市位居首位;依托济南市“一联三环十七射”高速公路体系,形成内环直达、绕城连接、三环过境的内外双循环高速通道格局。其中,内环路(二环高架路网)中,二环东高架路将与在建济南黄河大桥复桥顺接直达起步区;绕城高速公路中,济乐高速南延线通车,打通与青银高速、济广高速等路网联系;三环路中,绕城高速济南大北环项目建成通车后,将与京台、京沪、东吕、济高等高速公路实现联通。

40分钟畅行南部主城,2小时畅通省内重点城市,3小时畅达国内重要城市群……大道通衢,朝着这样的目标,起步区路网建设不断提速。


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