压缩机技术服务附加值的研究

赵鹏辉(北京杰利阳能源设备制造有限公司，北京 100101)

0 引言

往复式天然气压缩机一般使用寿命22年左右，目前大部分客户压缩机组已使用12年左右，即所使用的大部分产品技术属于12年前的技术，随着技术更替及网络智能时代的到来，前期设备设计制造或进口采购都是基于当下的市场环境及国情状况而决定的，选择的多数产品为需要大量人力操作维护的设备，因为国内最不缺的就是劳动力，而随着社会的进步及生活品质的提升，人力成本越来越高，传统的机械设备性价比逐渐显出劣势，生产效益越来越小，甚至亏本；如何进一步创造提升设备的使用价值，成为当下的一种趋势。尤其在低气量、低产值区域，设备的维护使用成本只增不减，根据往复式压缩机维护生产模式，过程中主要成本有人力成本和设备维护所需的材料成本；而这两种成本可以结合当下的市场环境，通过智能化及再制造工艺可进行控制。

同时气田的衰竭也加剧了生产成本，即壮牛拉小车，如何使得设备充分利用也能有效控制生产成本。本文主要针对油气田行业往复式压缩机附加值进一步开发及如何降本增效进行技术分析，从而找出适合当下市场环境的特色有价值的服务项目，为企业创造经济效益。

1 往复式压缩机使用现状分析

天然气为城市生活的主要能源之一，是不可再生资源，随着气田逐步开采，资源储存量会逐步缩减，早期天然气集输设备是按场站最大需求量配置，目前设备利用率明显下降，以下从设备利用率、设备负载率及设备使用成本方面进行分析。

1.1 设备利用率现状分析

以某气田为列，场站配有近千台往复式压缩机组，由于气田衰减，早期配置的单井生产量下降，设备月度利用率平均80%左右，即有近200台压缩机组处于停机备用状态，同时部分站点机组已闲置多年，备用期间或间隙启机期间，为防止零部件腐蚀生锈及保障机组设备使用性能，设备还需维护保养及定期起运。

针对此现状问题，如何有效降低再利用压缩机的维护成本，控制备用机组使用维护成本，成为设备维护技术管理难点。

1.2 设备负载率现状分析

随着气田衰减，场站压缩机生产能力受产量递减制约，压缩机处理量及负载率，明显处于下降趋势，压缩机产能趋势如图1所示，以某站为列，早期投产配置四台压缩机设备，平均日产量110万m3，单机负载率平均90%左右，随着近10年的开采，场站产量明显下降，单机负载率降低为70%，场站平均日产量80万m3，而所配置压缩机组单机处理量为30万m3/天，即如选用三台机组处理，单机负载率均在95%左右，负荷较重，由于压缩机老化率较高，场站燃气气质较差，压缩机重负荷下故障率较高；而如选用四台机组同时启运，即单机负载率均在70%左右，满足生产需求，但随之而来的是四台压缩机使用维护成本较高。

对用户来说在低产量运维模式下，如何提升压缩机生产能力及降低生产维护成本成为必须解决问题。

图1 某站压缩机组近12年生产产能趋势

1.3 设备使用主要成本分析

早期气田所选用的设备多数为整体式往复式压缩机组，该类型压缩机组操作维护简易、适应各种恶劣环境、运行稳定可靠；其使用维护过程中主要维护成本有燃气消耗成本、润滑油消耗成本、维护保养技术成本、零部件损坏更换或修复成本。

燃气消耗成本，主要为压缩机组动力输出所消耗的燃气，而整体式往复式压缩机组燃气消耗无法精确控制，即转速恒定的情况下，压缩机负载率60%～90%，压缩机燃气耗气量基本一致，唯一的影响条件为机组转速。

润滑油消耗成本，主要为机组运行过程中零部件注油润滑消耗及检修更换机油，消耗量主要受压缩机转速影响。

维护保养技术成本，本技术成本主要为所需技术人员人力成本，即称为技术服务成本；压缩机组作为场站核心生产设备，需要精心呵护，也需要高端技术人员预防管控维护，因此用户多数通过招投标的方式，委外技术服务，也有部分用户自主维护。

零部件使用维修及更换成本，主要为压缩机易损件维修更换及周期内预防维护性保养所需要更换的配件成本，只能通过有效的技术维护措施加以控制。

2 压缩机附加值开发分析

通过以上压缩机使用现状分析，结合设备维护管理大数据分析，可以从以下四方面对压缩机组使用维护附加值进行研究提升。

2.1 在线监测技术研究

目前场站压缩机主要运用PLC控制及远程数据监控两种措施实现对机组的运行监控，主要靠值班人员的意识，发现故障时设备基本已处于隐患状态，需要停机检修，同时零部件基本已失效或损坏。

随着智能大数据时代到来，各种先进的监测技术日益成熟，可结合设备特性及成本预算分析，运用各类型微型传感器技术[2]，对机组核心部件，如动力缸内部工作情况、十字头、连杆瓦、压缩缸等部件的工作性能，进行实时在线监测，通过压力、温度、震动等趋势核算分析，结合设备正常运行数据采集积累分析，运用人工智能BI运算分析，提前预警保护核心部件使用寿命及提高设备运行安全可靠性；基于视情维修的理念，缩短停机时间，提高压缩机运行率，优化压缩机性能，提高产能，可有效解决设备老化率而带来的频繁故障停机问题，降低压缩机使用维护成本。

2.2 压缩机降产或扩容改造

早期压缩机流程设计，多数为标准一级、二级及三级压缩，工艺流程不能切换，随着气田衰减或部分站点增产，压缩机组要么低负荷，要么重负荷运行，主要可以通过以下两种方式进行改造，满足生产需求，提高设备的利用率。

(1)对压缩机组工艺管线进行改造，通过加装8字盲板实现一级、二级及三级压缩切换，如场站降产时，通过软件核算将压缩机工艺流程切换为二级压缩[2]，确保压缩机组以最佳性能状态运行，防止一级压缩时机组低负荷运行，缩短部分核心部件使用寿命，同时机组运行稳定性低。或者场站增产时，原先的二级压缩，可通过核算调整为一级压缩，达到提产的目的。

(2)对压缩机气缸进行核算扩容，以最小成本实现增产效能，如场站原有配置气缸为2个9.5寸气缸，一级压缩，最大处理量为30万m3/天，现场站增产至40万m3/天，新购一台压缩机成本约为500万元，而可以通过重新选型配置气缸及相关附件实现增产效果，如将原有的1个9.5寸气缸更换为13寸气缸，就实现增产至40万m3/天；同时拆卸下来的9.5寸气缸及附件可用于其他如与8寸或7寸气缸配置，实现机组最佳运行性能。

2.3 压缩机局部系统性能优化提升

早期压缩机设计智能化较低，多数需要专业技术人员操作，容错率较低，管理成本较高，为进一步提升压缩机操作简易性，提高容错率，降低维护管理成本，如压缩机启停机操作，目前多数场站需要人去切换相关工艺流程，手动启机，可通过对原有阀门改造为气动或电动阀门，结合PLC控制程序升级，实现机组一键式启运停机，大大提升设备操作简易性以及启停机安全可靠性，降低操作人员技能水平，实现降本增效。

2.4 资源优化配置

随着气田逐步开采，产能缩减，场站闲置压缩机会逐步增多，为提高设备利用率，可通过设备整机搬迁的方式，将低产量站点闲置压缩机搬迁至高产量站点或者新建站点，提高设备利用率，降低设备采购成本及设备闲置成本。

3 附加值项目开发可行性分析

近年来各大油气田均在运用设备改造技术及引进相关先进技术，对老旧压缩机进行性能优化提升，取得良好效果，主要改造项目成果如下：

(1)某场站有增压设备4台，由于产量递增及场站工艺参数发生改变，需将原始设计参数气体从3.5MPa增压到4.5MPa，单台机组处理量为333万m3/天；通过气缸改造优化，达到单台机组处理量为400万m3/天的设计要求，通过对气缸核算扩容，实现其生产需求；

(2)某场站设备原始设计为2个8寸气缸，处理量30万m3/天，排压5.1MPa；由于产量递减及场站工艺参数发生改变，处理量下降为18万m3/天，排压2.8MPa，通过将1个8寸缸改为9.5寸气缸，同时将压缩机工艺管路一级压缩改为可变二级压缩，实现其生产需求；

(3)某场站原设计配产50万m3/天，有两台小机组，现由于扩产至100万m3，通过对小机组进行整机搬迁至其他站点，新配置大机组满足其生产需求，实现资源最优配置。

通过以上应用案例分析，压缩机附加值项目开发是可行的，具有可操作性及实用性，对用户而言有效提升了设备利用率及降低了设备使用成本；对服务厂商而言拓宽了业务模式，创收了经济效益，实现共赢局面。

4 结语

通过以上技术研究发现，对压缩机服务厂商及用户而言，压缩机附加值开发，可从以下几方面开展：(1)运用在线监测技术，实时监控设备使用性能，提前预防管控，向用户提供综合解决方案，实现新的技术服务盈利模式；(2)通过气缸扩容、工艺管路改造、设备优化配置实现老旧设备的最大利用率，拓宽服务厂商盈利项目，同时为用户降本增效，提高设备产能及利用率，实现共赢局面。