浅谈燃气驱动压缩机在天然气管道输送中的重要作用

  燃气驱动离心压缩机是一种压缩气体提高气体压力或输送气体的设备，在天然气长输管道工程中应用非常广泛，是压气站的关键核心设备，在长输管道运行中起着至关重要的作用。
    随着全球范围内的能源供应的紧张，天然气得到了越来越广泛的被接受和认可。为了普及这既环保卫生又经济安全的新能源，我们需要建设更多的天然气长输管道，将天然气大范围输送到各省市千家万户。所以中石油的西气东输一线、二线、三线等国家级大型工程迅速启动，应运而生。
    天然气在长距离管道输送过程中，能量不断消耗，压力逐渐降低，管线的输送能力随之减弱，这将影响天然气的继续输送，减少输送量，以至大大影响用户的生产和生活。因此，为了克服天然气输送距离的限制，使天然气在流动中消耗的能量得到及时补充，连续不断地输送到目的地，并使管线的输送能力得到提高，就需要提高天然气的输送压力，既根据天然气能量消耗的情况，每隔一定距离对天然气进行一次增压，使天然气在输送过程中逐段得到能量的补充，从而保证用户的用气需要。
    给天然气补充能量的任务由压缩机站来完成，通常在管线的起点和中途一定距离上设置压缩机站。输气管线沿线每隔一定距离（一般相距120-170km）设置的中间压缩机站，给经过一定距离输送之后降低压力的天然气增压，让其继续输往下一段管线。
    我有幸参与了西气东输二线的国外段哈萨克斯坦段管道和压气站安装和调试工作。由中亚天然气股份有限公司投资建设的哈萨克斯坦至霍尔果斯的管线，总长1301公里，根据其管道长度、设计压力以及用户的需求，总计建设了5压气站，分别CCS1、CCS2、CCS4、CCS6、CCS7压气站，另外前端是乌兹别克斯坦UCS3站，末端是中国霍尔果斯首站。用来克服天然气输送距离的限制，使天然气在从乌兹别克UCS3站至霍尔果斯站间管段的流动中消耗的能量得到及时补充，并使管线的输送能力得到提高，使天然气在输送过程中逐段得到能量的补充，从而保证了国内用户的用气需要。
    在这个项目中，我在CCS6站接触到了Royce-Rolls的30MW的机组，型号RB211-24G。这种DLE（Dry Low Emissions）机组是首次应用在中国建设的长输管道压气站中，属于最先进的机组，与以前国内在用的压缩机组相比，主要有以下特点。
    对公用条件要求不高
    哈萨克斯坦共和国原属前苏联联邦共和国，到独立以后，各项公用基础设施非常落后，很难满足一个机械化、自动化站场需求。例如，CCS6站场周边50公里内只有一个6000V的4000KW的变电站，能够给我们站场运行提供的总动力不超过400KW，因此，我方在压气站施工期间和站场运行期间都需要自己采购发电机运行供电，这一点在国内西气东输站场上从未发生。燃气驱动压缩机机组自己通过长输管道获取燃料气驱动压缩机运转，实现30MW机组输出，提供压缩机运行动力。同时，机组工艺流程设计时尽量减少气动阀门的数量，降低仪表风消耗量。
    机组设计时已经充分考虑了电力、仪表风、供水等要求，具有普遍适用性，更加适合哈萨克斯坦的野外环境工作能力。
    机组环保性能比国内采购的机组更加突出，这种DLE机组的尾气排放中，对CO、CH4、H2S等有更严格的要求。主要通过改变机组内燃料气供应方式来实现这一特点。目前国内采购的机组燃气发动机管道通过2根岐管进入发动机，通过调节阀调节实现燃料气供应，而新的DLE机组采用5根燃料气岐管供应，机组控制模式提供3种组合，可以实现机组在不同转速下的歧管切换，既节省燃料气又能保证充分燃烧，降低尾气中的CO、H2S、SO2等有害成分。
    机组运行稳定性好，有效保证输气效率要保证整条管道的输气量，在同期建设的3个压气站中，有2个压气站CS1和CS4采用GE压缩机组，投产时间基本在一个年度内。从几个压气站运行状况分析，Royce-Rolls机组运行稳定性更好；从12年3月到12年9月，对比CS1和CS6可以知道，CS1压气站的GE压缩机组非正常停车27次，CS6压气站的Royce-Rolls机组非正常停车仅7次。
    另外在长输管道的管道清理过程中，压缩机也起着至关重要的作用，在清管作业中，一般需要在管道内放置清管器之类的装置，但在清管过程中，也难免会发生清管器卡堵的情况， 在某清管过程中，在管道弯头处发生了清管器卡堵情况，持续18小时，上游压力持续上升，直至5.5MPA，下游压力持续下降，严重影响着正常输气作业。为了及时解决这一事故，及时开启压缩机，利用压缩机迅速提高清管器前的压力，从而增大清管器前后压差，迫使清管器继续运行，及时解决了清管器卡堵问题。另外，在首站至安压气站的清管作业中，发生清管器卡堵现象，当时如果靖边压气站管道压力已不能再升高，当时已至4.8MPA，而管道本身设计压力只有5.8MPA.我们即刻开启延安压气站压缩机组，对上游管道介质进行抽吸，在最短的时间内将清管器前后压力差提高，从而在最短的事件内消除清管器的卡堵事件，故而压缩机在清管作业中的作用是至关重要的。
    另外，如果长输管道在某管段发生泄漏的时候，为了在最短的时间内减少天然气的放空量，进一步节约成本，防止浪费并进一步减少天然气对周围环境的污染，可以利用压缩机将该管段的天然气抽吸并压缩至下一管段，这样可以大大的减少天然气的浪费，更好的防止天然气对周围环境的污染，而且可以从很大程度上降低的天然气泄漏时对周围环境的危害程度。
    长输管道在建设的时候，难免会有泥土及沙石残留在管道内，这样不仅会加剧长输管道的磨损，对长输管道造成一定的危害，而且会对场站设备造成损害，严重影响正常的输气工作，并从设备投资方面增大的公司的运营成本，如果管道内的杂质及污物进入用户家庭，会给用户带来一定的安全隐患甚至事故，所以，在长输管道建设后，一定要对管道进行吹扫工作，当然，这也只能由压缩机来完成。每次进行管道吹扫时，清理出的污物可达50多公斤。这便极大的减小的长输管道运行期间的负荷。
    另外，如果未经压力检验就投用的管道，会给长输管道带来巨大的安全隐患，甚至会因管道内介质的压力超过管道本身所能承受的压力后，在管道运行期间发生爆管事故，所以在管道建设完成后，尽管明确了管道的设计压力，但为了安全起见，我们仍要对管道进行试压检验，检验管道是否满足设计压力，以便防止长输管道在运行时发生爆管事件。通过对管道的试压，我们还可以进一步提早发现管道本身以及管道焊接时的缺陷，在正式投用前完善管道的运行能力。
    燃气驱动离心压缩机组是压气站的核心设备，也是天然气长输管道稳定运行的保障设备。