燃驱天然气压缩机组的成撬设计.docx

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1、1引言随着威远页岩气井气田开发时间的延长，气井地层能量逐渐衰减。这导致了井底和井口压力降低，部分老井出现携液能力不足和间歇生产等问题，气田持续稳产形势严峻，措施挖潜成为当务之急。维持气井长期稳定生产，最重要的技术是增压开采。天然气压缩机组成为页岩气田稳产增产的关键装备。页岩气田的工况复杂，宽范围的进口压力，对压缩机的适应性是一大挑战；现场往往是无电或者仅提供照明电，驱动机如何选择？启机用电及控制用电怎么考虑？本文旨在提供一套完整的往复式天然气压缩机组，以优化的工艺流程、针对性强的整体解决方案，来满足气田的控制参数。2压缩机组成撬设计2.1 设计输入2.1.1 工艺气确认，见表1表1工艺气确认组

2、份N2CO2C1C2C3i-C4I1-Cqi-C511-C5C6C7%mo11.91.590.61.61.01.20.60.50.50.40.2注：气体中含有饱和水I气体组分中CO2含量为1.5%,根据API11P标准15.4条款规定，在湿气状态下，进气压力不超过120OPS工G(8.275MPa（G）,CO2含量不超过5%时,压缩机采用制造商的标准材料。2.1.2 机组基本及计参数，见表2表2机组基本设计参数压缩机型号/制造商A354/GE最大许用功率596.56kW1800rnin压缩级数2级气缸规格/数最一级:5.25V2二级:4.25V2发动机额定功率（24h）408kW额定转速180

3、0rnin进气压力0.51.5MPa(G)设计点进气压力1.0MPa(G)排气压力5.0-6.0MPa(G)设计点排气压力5.5MPa(G)进气温度3238X.排气温度5O3C（冷却后）单机排就(20工,0.101325NfPa(A)1015X1O4m3d设it点排量(20r.0.101325MPa(A)10XIO4m3d气缸和填料涧滑方式强制行油润滑填料冷却方式油冷气缸冷却方式空冷机组启动方式电动马达流量调在方式进气压力调节、余隙调节、回流调方2.2 压缩机主机选型根据设计参数，结合公司库存压缩机，利用GE选型软件GEPOWERF1OW,对主机选型计算,主机配置：A354+5.252+4.2

4、5w2o2.2.1 工况计算通过选型软件，对运行工况进行热力计算，如下表2,统计了进气压力0.515MPa,排气压力5.0-6.OMPa运行工况的主要参数，见表3。表3运行工况参数表道气压力/MPh(G)进气超度八一级排压/MPa(G)出口出力/MPa(Gi级推温*c:级博二Z4Cnru.vxo4/(m,i)城大杆代轴功村kWffj(rmin)0.5321.425.0103.7146.75.072.5%202.818000.7321.525.085.6140.77.374.9%256.118M)0.8321.665.082.6133.78.474.5%273.618000.8321.705.5

5、84.8139.28.373.5%283.618001.0321.895.083.9125.110.574.0%303.6ISOO1.0321.W5.585.7130.310.473.1%316.6180()1.1321166.079.9127.211.472.3%543.918001.2322266.083.9125.612.572.5%3S8.618001.3321375.876.0115.613.773.2%366.018001.4322535.573.8108.214.974.2%367.418001.5322.625.071.298.516.I75.5%357.318002.2.2

6、运行数据分析(1)设计点工况下，进气压力1OMPa(G),进气温度32r排气压力5.5MPa(G),压缩机排量大于IOX1o4r3d;(2)表中列举的，是在该进气压力下最大的处理量，可通过余隙调节和回流调节处理量；(3)所有工况的轴功率均控制在37OkW以内，受所选发动机额定功率限制。2.3 PID图设计及工艺计算本机组采用优化的工艺流程，即工艺气经由进气滤网、进气气动球阀，进入进气洗涤罐，然后对气体中的固体颗粒进行除杂，完成净化后进入缓冲罐，抑制脉冲，之后进入压缩气缸对其进行压缩，随后进入后冷器对气体进行冷却降温，再进入排气洗涤罐对压缩后气体携带的油污做进一步净化，最后经活塞式单向阀及排气气

7、动球阀送至集气站。工艺气系统包括：各级进排气系统、分离器排污系统、回流调节系统、放空系统。一级进气系统和末级排气系统设置有气动球阀，机组停机时，用来切断外界系统，这2个阀应是FCz即失气时阀门处于关闭状态，阀门执行机构的选取，应能满足阀门最大压差下的扭矩，进气最大压差为1.5MPa(G)z排气最大压差为6.0MPa(G);进气气动球阀并联有旁通管线,该管线配有一个DN25的手动球阀，当机组开机时，打开此阀，给系统充气至系统压力0.20.3MPa(G),满足机组启机条件。经分离器分离出的水或重羟由排污管线引致压缩机组橇边，再接至场站排污总管线；分离器排污系统分为手动排污和自动排污，手动排污设置有

8、手动阀，自动排污是通过安装在分离器罐上的液位控制器和自动疏水阀实现。回流调节系统在压缩机组运行中起着非常重要的作用，该系统起自排气分离器之后，终自进气分离器之前，管线中设置有气动调节阀和旁通手阀，用来满足机组启动及流量调节的需要；机组启动时，该管线的2个阀门全开，用来减小启动扭振；加载时，关闭手动阀门，逐渐关小调节阀，缓慢加载，直至满足外输压力；正常运行时，通过一级进口压力来控制调节阀，稳定入口压力。放空系统包括紧急泄放系统和安全阀超压泄放系统。紧急泄放系统设置有自动放空阀，用于机组故障或者停电停机时，15min内将系统压力降至69OkPa或者5O%设计压力，取其中较低值1安全阀超压泄放系统，

9、是指在压缩机组进出口及每一级排气管线上设置有安全阀，系统压力超过设定压力，安全阀全流量泄放。图1工艺气P1D图2.3.2工艺计算工艺计算主要用以确定分离器尺寸、缓冲罐尺寸、管径、安全阀初步选型。关于分离器尺寸的计算，可根据GB/T25359石油及天然气工业用集成撬装往复压缩机介绍的公式，缓冲罐尺寸的确定也可根据该标椎中的附录B规定的系数乘以各气缸的行程容积2,最终还需经脉动分析后确认。管径=容积流量/流速，容积流量通过选型软件计算得到，流速可根据HG/T20570.6管径选择中推荐的压缩机气体流速p=1.0-10.0MPa(G)V=10-20m/s初步选定3,根据经验，压力小于5.0MPa流速

10、可选择1315m/s,压力5.010.0MPa流速可选择1013ms,10.0MPa以上，流速就要控制在510m/s。管径计算也可根据以下国外某压缩机组成撬公司经验公式V=112.5x=(1)VSgXPd=/6*黑XT(2)式中T-气体绝对温度JRSg气体比重P气体绝对压力，PSIAq,d气体标准流量MMSCFDV气体速度，fpmd管子内径，in如图1工艺气P工D图，在压缩机一级进气及各级排气设置安全阀，各级排气安全阀的整定压力，根据GB/T25359中推荐，压力小于17MPa,为工作压力的1.1倍；一级进气安全阀的整定压力,应是均压的1I倍，压缩机组紧急停机时，机组的进、出口阀门自动关闭，旁

11、通回流阀自动打开，整个机组内部最终压力平衡至某一个值4,即为均压。可将安全阀的放空数据输入ASpenHYSYS软件进行安全阀选型计算,也可采用APIRP52O炼油厂泄压装置的设置、选择和安装5推荐的公式计算出安全阀孔口面积，然后根据API526钢制法兰连接泄压阀6选择标准尺寸，最终以安全阀厂家计算为准。2.3.3橇外管线流程压缩机组橇与页岩气场站之间的工艺气流程也属于本次设计范围，如图2。图2橇外管线PID图隔离，因此每条与场站相连的管线均设置手动球阀。在井气田开采初期，来自多口井的天然气汇集于分离器，进行气液分离,可自行憋压至5.0-6.OMPa(G),直接外输，引入压缩机组后，在开机之前，

12、压缩机组的进口压力等于外输压力，而该进气压力，是满足不了压缩机组的进气压力0.515MPa(G粕要求，因此在压缩机组入口配有自力式调压阀，使入口压力降压至051.5MPa(G)o在进排气管线中间设有止回阀的连通管线，通过该阀可以完成越站功能。2.3.4润滑油系统流程，如图3。图3润滑油PID图压缩机润滑油系统分为两部分：曲轴箱运动部件润滑系统、气缸和填料润滑系统。(1)曲轴箱运动部件润滑系统主要包括：主油泵、预润滑油泵、调压阀、油冷器、油滤器、高位油箱、浮子液位开关，润滑管路等。作用：为压缩机各运动部件提供润滑油。齿轮驱动的润滑油泵安装在压缩机辅助端。油泵能将润滑油从曲轴箱油池输送到轴承、连杆

13、和十字头。可调的压力泄放阀安装在油泵上并提供冷机启动保护。其他包括低油压停机开关，安装在机体上的油位指示器。本机组设置有自动补油装置以补充机身润滑油池内润滑油的消耗。润滑油设置有预润滑油泵。压缩机启机前，先启动预润滑油泵，预先对主轴承、十字头进行充分润滑。(2)气缸和填料润滑系统主要包括一套强制注油系统和分配系统，能为气缸内壁和活塞杆填料提供润滑。润滑油粘度应该根据气缸运行压力条件进行选择。本系统可以使用来自曲轴箱的油。2.3.5仪表控制配置压缩机设备有以下自动停机保护。压缩机运行中任何一个参数达到设定值时，压缩机将自动紧急停机：润滑油油压低O.25MPa(G)、润滑油温度高88,气缸润滑油无

14、油流38s、曲轴箱油位低1/4视窗位置、一级进气压力高165MPa(G).一级排气温度高120、一级排气压力高3.15MPa(G).二级排气温度高155.二级排气压力高6.4OMPa(G)x各级分离器液位高400mmo2.4 主要设备选型2.4.1 压缩机装配如表4库存压缩机，根据压缩机选型配置,机体采用A354,将其中2个（4”2）级差缸及注油系统拆除，替换为A352的2个5.25”气缸。对置两列气缸的运动部件（包括活塞总成、十字头总成、配重块）重新称重，通过调整配重块或更换轻型十字头，使对置两列气缸的运动部件的重量差控制在2OOg以内。由表5看出，4.25气缸还需要增加3.64kg的配重，然而空间受限，无法增加，最后将5.25气缸的十字头更换为10气缸的轻型十字头（5.586kg）,再通过调整配重块,使对置两列气缸的运动部件的重量差控制在28go油分配器改造：原有的（4”-2）级差缸的油分配器是由2个18T的分配块分别给4和2气缸供油，改为5.25气缸后，则多出一个18T的分配块，经过拆卸油分配器，了解其结构后，直接将其中一个18T的分配块拆除，通过加工一个安装