克75天然气压缩机自动补气工艺技术分析

孙业

【摘要】气田开采后期气量减少，井口压力逐渐降低，天然气压缩机不能稳定在设定的工况下运转造成故障停机，配件加速损耗。因此必须通过安装压缩机自动补气装置稳定压缩机进口压力在设定范围内；使压缩机在非额定运行工况下能够正常平稳运转；降低压缩机的故障率、提高压缩机在气田开采中的适应性。

【关键词】天然气；DPC2803；天然气压缩机；补气

引言

压缩机在运转时，往往因压缩机排气参数的改变，使机器实际运行点偏离设计工况，从而改变压缩机的负载特性。运行时天然气压缩机进气压力随着气井储量递减而井压逐渐下降，活塞完成一个循环所吸入的气体体积折算到标准状况下的流量就随着减少。此外，克75天然气处理工艺必须要求增压、换热、节流后天然气温度在-10℃～-15℃之间，所以环境温度不变时进气压力降低而排气压力恒定，压比会升高，使容积系数下降，排气量降低。

1、DPC2803压缩机技术的难点

天然气压缩机，进气压力不断降低，排气温度逐渐上升，排气量不断下降，无论是安全性和输气需要，都要求进行相应的调节。

转速调节：压缩机功率变化与转速成正比，因此可以对天然气压缩机进行排气量和功率调节。而整体式天然气压缩机的发动机是二冲程的燃气发动机，具有一定的调速范围，可以实现压缩机转速的调节。但是过低的转速（<350rpm）容易造成在进气压力变化时非正常停机以及加剧缸内积碳。

余隙调节：天然气压缩机在一级缸头往往配置有余隙缸，通过改变余隙活塞的位置来改变余隙容积。设计工况的余隙是最小余隙。进站压力随着时间递减时，余隙应调至大值，以平衡进口压力减少所引起的功率下降，使压缩机不至于在低功率的负荷下运转，同时达到保持较大排气量的目的。

单作用运行：压缩机气缸只在载荷一端来压缩气体，但是在两用一备的运行并车下，不能灵活组合适应原料气的气量，且改变了气流脉冲频率，容易使压缩机机体振动加剧，造成十字头、活塞杆等连接部位旷动，出现故障，因此单作用运行并不能达到稳定的运行效果。

以现有工艺条件无法解决DPC2803压缩机在非额定工况下正常运转的问题，同时五八区气田进入开采后期，无法对单井调产，也就无法实现稳定气源保证平稳的额定工况，必须从其它节点寻找解决问题的突破口。

2、压缩机的技术创新

一般自力式调压阀单纯靠弹簧弹性系数设定调节范围，反应较慢，灵敏度较低，气田开采到后期，气井携液能力较差，所以气量会有波动，造成压缩机进口压力波动而故障停机。

而C1P控制器带比例、积分控制，相当一个气动的变送器。通过波纹管提高反馈压力控制挡板运动速度、灵敏度，排放阀门动作的气源压力，从而控制阀门的开关量。这种结构使控制器的输出开关从完整的输出压力信号。此功能降低了感应弹簧弹性系数，提高了阀门的反应速度与控制灵敏度，能够更有效的降低压缩机的故障停机率，保证气田稳定连续生产。

3、压缩机的技术的先进性分析

3.1自力式调节阀

自力式调节阀是一种无须外加驱动能源，依靠被测介质自身的能量，按设定值进行自动调节的控制装置。它集检测、控制、执行诸多功能于一身，自成一个独立的仪表控制系统。具有以下特点：无需外加驱动能源；节能，运行费用低；适用于爆炸性危险环境，安全性高；结构简单，维护工作量小；可以实现无人值守；集變送器、控制器及执行机构的功能于一体，价格低廉，节约工程投资。

以油田常用的三相分离器为例，使用自力式调节阀工程投资仅为使用电动单元组合仪表的三分之一。配置的C1控制器通过仪表风压力与阀门进口压力成反比控制阀门开关量。比例波纹管连接阀门进口的压力，压在连接梁感受到压力的变化。通过梁调节排气阀拨片的开度，从而改变驱动阀门动作的气源压力，与阀门内弹簧弹力成比例控制阀门开度。

3.2气动调节阀

气动调节阀通过控制模块，采集阀前反馈压力信号，按照设定值依靠输出24V电压电流控制阀门定位器从而驱动执行机构进行自动调节的控制装置。气动调节阀主要由DCS控制系统，阀门定位器、气动阀、压力变送器组成的控制回路。具有以下特点：可实现远程观察运行状态；调量小，精确度高；适用于爆炸性危险环境，较安全；可实现无人值守。

3.3自力式调节阀的优点

自力式调节阀与气动调节阀相比具有以下几方面优点：（1）气动调节阀需要24V供电，而自力式调节阀不需要。天然气压缩机基本置于室内，在有限的空间中自力式调节阀安全性更高。（2）自力式调节阀纯机械结构控制，气动调节阀属于精密仪器，易干扰。相比较自力式调节发操作简单，运行维护方便.（3）自力式调节阀比气动调节阀工作原理简单。成本低。

4、压缩机自动补气工艺技术成果应用

通过补气阀将对应的压缩机出口高压气补充至压缩机进口，保证了压缩机在额定负荷下正常平稳的运行。在原料气气量不变的基础上，2011年4月26日3号天然气压缩机投用补气系统。可以通过补气阀调节，压缩机进气压力实现设定范围0.5-0.9Mpa，对该压缩机进行运行状态跟踪考核。根据设备实际运转记录趋势可以看出，3号压缩机在额定不同转速下，均可以达到额定设计载荷，3个动力缸温度相差小，且进口压力保持不变。说明补气系统可以根据压缩机不同负载能力补充对应的处理气量，从而压使压缩机在稳定的工况内正常运转。不会因为往往因进气参数（压力、温度）逐渐递减，即压缩机排气参数的改变，使机器实际运行点偏离设计工况，从而改变了压缩机的负载特性。消除了压缩机的变工况运行状态。该结果表明克75天然气处理站工艺优化取得了实际效果。

5、效益评价

5.1经济效益

2011年4月26日，3号压缩机安装补气系统后可以再设定的工况下正常运转，消除了平均每月因压缩机动力缸积碳非正常状态故障停机，减少了放空量损失。

消除压缩机长期在低负荷下运转，减少造成曲轴受力不均造成偏磨，增长了DPC2803天然气压缩机的大修周期。DPC2803天然气压缩机大修一次费用230000元，三台压缩机为690000元。降低了动力端由于润滑油不能充分燃烧，造成气门和活塞环积碳。因此补气系统延长了部分配件的使用周期。改造后压缩机的运转平稳，降低了故障率，延长了配件使用周期，减少了大修一次，节约费用约989418元。

5.2社会效益

通过重新选型改造DP2803天然压缩机的补气执行机构，实现该压缩机补气功能。首先消除压缩机在非设定工况下低负荷运转的状态。在不稳定工况下，该压缩机均能以额定负荷平稳运转。该系统提高了天然气压缩机在气田晚期开采应用的适应性，降低了压缩机的故障率，并且减少人员的工作强度。

在我厂也是首先使用自力式调节阀作为天然气压缩机的补气装置。该装置在天然气增压处理中安全系数更高，工艺简单维护简便，且成本低。订制库伯压缩机配件周期长，只能采取预见性订购配件，成本高，使用率低。使用该补气系统简化了工艺，降低了故障率因此实用性与推广性更强。