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。

【敕勒川焕发新颜】

“敕勒川,阴山下。天似穹庐,笼盖四野。天苍苍,野茫茫,风吹草低见牛羊。”这首南北朝民歌所描述的地方,就位于如今的内蒙古呼和浩特。呼和浩特别称青城,是蒙古语“青色的城”的简称。近年来,呼和浩特市加大生态保护力度,率先实施数字化生态修复技术,让敕勒川焕发了新颜。

百里生态长廊美不胜收

春天来了,万物复苏。从包头沿京藏高速进入呼和浩特地界,你会立即被美丽的风景所包围。

首先映入眼帘的是敕勒川文化旅游区,2014年投入运营。这里背靠阴山,拥抱黄河,占地100多平方公里。初春时节,山上杏花遍地,山下绿草青青,远处碧波涟涟,一幅幅美景令人陶醉。景区循环播放的《敕勒歌》,带人走进历史的岁月。

为恢复《敕勒歌》描述的美景,当地群众积极响应退耕还草政策,恢复草原生态。

景区内的哈素海湿地,由黄河自然冲击形成,号称“大青山之肾”,这里蓄存的水源,改变了周边的生态。为了保护好这片湿地,周边群众种地不施化肥,养牛不留粪,实施严格的科学种养。

不仅是景区,呼和浩特市还对大青山整体进行了全面治理。

曾经由于管理不善,大青山自然保护区内工矿企业无序开发问题突出,到处被挖得千疮百孔。从2015年起,呼和浩特市下决心对大青山自然保护区进行保护和恢复治理。当年,关停了6家矿山企业。2016年,把100余家矿山企业彻底关停。

车行至新城区哈拉更村哈拉更沟,还能看到当年采石场作业的痕迹,但新生植被已将山体覆盖,成群的飞鸟成了这里的新主人。

随行的一位当地人,边指路边说:“以前这个季节,到处都是风沙肆虐,如今一切静悄悄的,仿佛能听得到植物生长的声音。”

行走在大青山前坡的生态路上,路边林木茂密。“这条路环绕青城市区,是我们依托大青山打造的百里生态长廊。”市林业部门负责人介绍说,“我们把大青山和市区连接起来,让市民们享受到生态变化带来的福利。”一到周末,生态路就成了欢乐的海洋,骑自行车的、踢球的……人们纷纷来这里休闲度假。

位于大青山自然保护区腹地的大青山国家登山健身步道,让大青山的美丽风景触手可得。这条由国家体育总局登山运动管理中心认证的国家级登山健身步道,是国家体育总局在西北地区打造的示范工程。

“我们不仅要把大青山的生态治理好,还要坚持把‘绿色’融入社会发展全过程。”呼和浩特市市委书记包钢介绍,“今年,为进一步提升城市生态品质,我们规划建设500个口袋公园,让城市实现‘推窗见绿,出门见园’,把更多生态福利送到百姓身边。”

2021年以来,呼和浩特市强化黄河流域生态管控,完成沿黄生态长廊道建设26万亩,实施大小黑河、浑河、乌素图河等河道治理,大青山周边生态越来越好。继荣获“国家森林城市”“国家园林城市”称号后,呼和浩特在2021年又获评“中国最具生态竞争力城市”。

万亩草原见证改造奇迹

距呼和浩特市机场、高铁站不到10公里,有一片占地约3万亩的草原,是距离内蒙古自治区首府最近的草原。

10年前,这里是一片乱石滩,一些不法砂石贩子把这里挖得惨不忍睹。2011年,呼和浩特在规划大青山整体治理方案时,把这块区域作为重点整治区域。

如何在石头滩上种草?新城区政府谋划了一个长远发展方案,把大青山前坡规划为生态产业发展区域,请来蒙草生态研究院,为其孵化生态产业提供扶持。

选对种子,种对地方。一年大变化,三年彻底变了样。经过努力,石头上长出了60多种生命力顽强的牧草,创造了生态改造奇迹。

“称这里为‘最美草原’一点不为过。”蒙草生态研究院院长王召明介绍,“我们应用了不少新技术,把内蒙古最优质的种质资源都试种在这里,把这里变成了一个草原植物基因库。”

这里不仅有草原,还有花海。一到夏季,各种花卉争芳斗艳。“大自然赐给内蒙古的珍贵植物物种,我们得把它们保护起来,让草原儿女增进对草原的了解,激发他们对草原的热爱。”蒙草生态研究院工作人员对记者说,“当你漫步这片草原,会被许多没有见过的花儿迷住。我们每年都在更新这里的植物物种,很多是内蒙古草原上的自有品种,蓝色的串串是马鞭草、红色的鲜花是山丹丹花。”

优美的环境派上了用场。2017年,内蒙古自治区成立70周年大庆的主会场设在这里,全国最大的蒙古包会议中心也建到了这里。

盛夏时节,漫步于万亩草原,青山为幕,绿草为台,清澈的湖泊与洁白的蒙古包交相辉映,如诗如画的美景,就像一幅现代版的《敕勒歌》画卷。

2020年9月,经国家林业和草原局批准公布,内蒙古敕勒川草原成为首批国家草原自然公园试点。

好生态带旺生态产业

万亩草原的成功改造,给呼和浩特市发展生态产业以信心。呼和浩特过去是著名的乳都,蒙牛、伊利等知名乳品企业都生长在这里,蒙草生态环境集团的崛起让他们调整了发展战略。2021年,呼和浩特市政府提出种好“一棵草”、做强“一杯奶”、打造草原都市的发展理念。

距离敕勒川草原8公里处,有一个蒙草种业中心,这里是内蒙古草原生态修复的“智慧大脑”。呼和浩特市市长贺海东介绍说:“这里也是生态产业的孵化基地,我们内蒙古的草,不仅要优化内蒙古的生态,还要服务于全国的生态建设甚至全世界生态产业。”

这里有一个8000平方米的乡土物种种质资源库,收集储存种质资源4.8万份,标本12万份,土壤140万份。

这些种质资源成为提升内蒙古草原草种繁育、驯化水平的“宝库”。哪些种子最适合在哪种土壤生长,哪些种子生命力强,一目了然。

在种业中心门口,有一条由小草铺就的小路。“欢迎踩踏”四个字格外引人注意。工作人员介绍:“这是我们自主研发的不怕踩踏的草品种,叫走路草坪,我们还有不怕车碾压的停车场草、不怕寒冷的四季常青草,都受到市场欢迎。”

“买来的种子能种出一块草坪,种不出大草原。”王召明说,“我们不仅研发出了好种子,还研发出好的种植模式和数字管理平台,为保护内蒙古13.2亿亩草原提供了技术支撑。”

走进“小草数字指挥中心”,在大屏幕前随便点击内蒙古一个地方,会立即呈现出这个地方的生态数据,包括气候变化、土壤成分、植被情况、种植须知,应有尽有,还能给出修复方案。

“我们的生态数据精确到每0.5平方公里,为内蒙古的农牧民生产生活提供保障,给生态建设提供依据。数据在手,修复不愁。”工作人员介绍说,“从2012年到现在,我们对大青山周边生态变化了如指掌。哪里的生态弱化了,我们就及时制定修复方案。”

近年来,内蒙古的重大生态修复项目也留下了蒙草生态研究院的身影——乌海矿区灭火工程、河套地区盐碱地治理、乌梁素海水污染治理、岱海水环境生态监测、扎赉诺尔百年露天矿生态修复、科尔沁草原沙漠化改良……

一棵小草能“走”多远?看,蒙草生态环境集团从呼和浩特起步,陆续在新疆、西藏、青海、陕西、云南等地开设研究院,2021年还应邀在阿联酋建立研究院,带着生态修复技术走出国门。(人民日报记者 丁志军)

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  • 有一天,小光听说有一个邪恶的宝可梦想要统治整个宝可梦世界,他们想要用黑暗的力量征服其他宝可梦。从那以后,小光和小鸟宝可梦成为了宝可梦世界的英雄,他们用自己的力量
  • 希望你慢慢懂得爸妈的爱,因为这个世界的规则从来都是强者定的,你要不努力成为强者,就只能选择忍着,现在不努力读书,将来拿什么和别人拼,妈妈期待你的蜕变。妈妈只是想
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  • 向之所欣,俯仰之间,已为陈迹,犹不能不以之兴怀,况修短随化,终期于尽!每览昔人兴感之由,若合一契,未尝不临文嗟悼,不能喻之于怀。