CN109372718B - 变工况往复式天然气压缩机设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变工况往复式天然气压缩机设计方法：1、以最大工况需求进行全工况压缩机选型，根据工况切换情况需求以变工况下压缩运行平稳性为出发点布置主机气缸；2、气缸润滑系统分配单元选用单双出口可切换形式，工况切换时，不作用的气缸与工作的气缸润滑油口进行交叉组对布置，保证分配模块可以用单双作用切换的方式进行不作用气缸的润滑切断；3、增设管路：设计计算压缩机级数切换需求，在需要切换的压缩级进出管路附近设置旁通管路和通流/截流切换装置；4、根据工况的需求，进行压缩机变工况切换的设备调整。本发明便于多种工况压力和流量切换应用，解决了天然气压缩机在工况变化大的条件下需要加大投入更换机组或多机组配置的问题。

Description

变工况往复式天然气压缩机设计方法

技术领域

本发明涉及压缩机设计技术领域，具体涉及一种变工况往复式天然气压缩机设计方法。

背景技术

往复式天然气压缩机是用来压缩气体借以提高气体压力，把机械能转化为气体压力能的机械，主要用于试采气回收、井口气收集处理、空气钻井、气举采气采油、增压输送等领域。常用的天然气压缩机根据现场工况的需求进行设计选型，通常一套机组配置适用于较为稳定的进出口压力和流量范围，通过可调余隙装置、气缸作用方式以及流量调节阀进行小范围的气体压力、流量变化调节，不能在工况发生较大变化时进行适应性调节。当工况在较大范围进行变化时，需要更换压缩机设备或者配备多套压缩机设备以满足工况变化的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种变工况往复式天然气压缩机设计方法，该方法可以设计出具有较大的调节范围、可以在工况变化时进行压缩级数切换，实现同一套压缩机组满足宽工况变化的天然气注采或集输需求。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种变工况往复式天然气压缩机设计方法，该设计方法包括以下步骤：

步骤1、以最大工况需求进行全工况压缩机选型，根据工况切换情况需求，以变工况下压缩运行平稳性为出发点布置主机气缸：根据切换运行状态，尽量保持同时工作的气缸对称布置于机体两侧；若存在两缸同级压缩机且该级压缩有切换需求的情况，则需要将同级的两缸对称布置于机体两侧；

步骤2、气缸润滑系统分配单元选用为单双出口可切换形式，工况切换时，不作用的气缸与工作的气缸润滑油口进行交叉组对布置，保证分配模块可以用单双作用切换的方式进行不作用气缸的润滑切断；

步骤3、增设管路：根据应用工况需求，设计计算压缩机级数切换需求，在需要切换的压缩级进出管路附近设置旁通管路和通流/截流切换装置；

步骤4、根据不同工况的需求，进行压缩机变工况切换的设备调整。

上述方案中，步骤4中，压缩机变工况切换的设备调整分为以下两种情况：

1)减级，具体包括以下步骤：

①调整通流/截流切换装置，使工况切换级旁通管路上的通流/截流切换装置处于通流状态，其余通流/截流切换装置处于截流状态；②在工况切换级气缸的缸盖端和曲轴端各卸下一个进气阀；③拆卸工况切换级可调余隙缸部件和活塞部件；④使用刮油盒堵板封堵刮油座；⑤机组气缸润滑系统分配器调整为单出口模式，关闭工况切换级气缸润滑系统及工况切换级气缸注油器断流保护功能，并调整注油器泵油行程；⑥电气控制系统调整为相应流程；

2)增级，具体包括以下步骤：

①调整通流/截流切换装置，使工况切换级旁通管路上的通流/截流切换装置处于截流状态，其余通流/截流切换装置处于通流状态；②拆卸刮油盒堵板；③安装工况切换级气缸的进气阀、余隙缸部件和活塞部件；④机组气缸润滑系统分配器调整为双出口模式，打开工况切换级气缸润滑系统及工况切换级气缸注油器断流保护功能，并调整注油器泵油行程；⑤电气控制系统调整为相应流程。

本发明还提出一种四缸三级活塞式压缩机，它采用上述变工况往复式天然气压缩机设计方法设计而成，包括机体、两个一级压缩气缸、一个二级压缩气缸、一个三级压缩气缸，所述两个一级压缩气缸分列于机体两侧，二级压缩气缸和三级压缩气缸对称布置于机体两侧；所述四缸三级活塞式压缩机的工况切换为：从四缸三级压缩切换为两级压缩，其中二、三级气缸工作，一级气缸不工作；在一级压缩管路处设置并联的第一旁通管路，第一旁通管路的进气口处设置第一旁通管路通流/截流切换装置；在一级进气洗涤罐与一级进气缓冲罐之间设置一级压缩进口通流/截流切换装置；在两个一级排气缓冲罐后分别设置第一列一级压缩出口通流/截流切换装置和第二列一级压缩出口通流/截流切换装置。

上述方案中，所述四缸三级活塞式压缩机的机组气缸润滑系统分配器接口布置为在一级气缸不工作时，可将分配器均调整为单出口模式给二、三级气缸注油，工况切换时关闭一级润滑系统及一级气缸注油器断流保护功能，并调整注油器泵油行程。

本发明的有益效果在于：

通过本发明设计方法设计的变工况往复式天然气压缩机便于多种工况压力和流量切换应用，解决了天然气压缩机在工况变化大的条件下需要加大投入更换机组或多机组配置的问题，以一种机型满足了宽工况变化的天然气注采或集输需求，并能够保证机组运行的安全稳定性，减少设备投入资金及建设周期。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例中四缸三级活塞式压缩机组的主机设计图；

图2是本发明实施例中四缸三级活塞式压缩机组的工艺气设计图；

图3是图2的俯视图；

图4是本发明实施例中四缸三级活塞式压缩机组的分配器配置示意图；

图5是本发明实施例中四缸三级活塞式压缩机组的工艺流程图；

图6是本发明设计方法中刮油盒封堵板结构安装示意图。

图中：11、第一列一级压缩气缸；12、第二列一级压缩气缸；13、二级压缩气缸；14、三级压缩气缸；21、第一旁通管路；22、第二旁通管路；23、第三旁通管路；31、第一旁通管路通流/截流切换装置；32、一级压缩进口通流/截流切换装置；33、第一列一级压缩出口通流/截流切换装置；34、第二列一级压缩出口通流/截流切换装置；41、一级进气缓冲罐；42、一级排气缓冲罐；43、二级进气缓冲罐；44、二级排气缓冲罐；45、三级进气缓冲罐；46、三级排气缓冲罐；51、一级冷却器；52、二级冷却器；53、三级冷却器；61、一级进气洗涤罐；62、二级进气洗涤罐；63、三级进气洗涤罐；70、排气分离器；80、机体；91、堵板；92、堵板垫片；93、螺栓；94、螺栓垫片；95、螺母；96、刮油座。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明提出了一种变工况往复式天然气压缩机设计方法，用于设计适用于多工况的往复式天然气压缩机，通过压缩级数的切换以适应现场工况的变化。

下面结合实例对本发明变工况往复式天然气压缩机设计方法进行详细说明。如图1所示，实施例为四缸三级活塞式压缩机组的设计，包括以下步骤：

步骤1、以最大工况需求进行全工况压缩机选型，根据工况切换情况需求，以变工况下压缩运行平稳性为出发点布置主机气缸：根据切换运行状态，尽量保持同时工作的气缸对称布置于机体两侧；若存在两缸同级压缩机且该级压缩有切换需求的情况，则需要将同级的两缸对称布置于机体两侧。

本实施例四缸三级活塞式压缩机组的工况切换为：从四缸三级压缩切换为两级压缩，其中二、三级气缸工作，一级气缸不工作。如图1-3所示，该四缸三级往复活塞式压缩机包括两个一级压缩气缸，分别为第一列一级压缩气缸11、第二列一级压缩气缸12；一个二级压缩气缸13，一个三级压缩气缸14。其中，第一列一级压缩气缸11、第二列一级压缩气缸12分列于机体80两侧，第三列二级压缩气缸13和第四列三级压缩气缸14对称布置于机体80两侧。

如图5所示，为本实施例四缸三级活塞式压缩机组的工艺流程图，气体经过一级进气洗涤罐61后分为两路，一路经过一级进气缓冲罐41——第一列一级压缩气缸11——一级排气缓冲罐42，另一路经过一级进气缓冲罐41——第一列一级压缩气缸11——一级排气缓冲罐42，两路经过一级压缩的气体汇合后经过一级冷却器51进行冷却，再进入二级进气洗涤罐62，然后依次经过二级进气缓冲罐43——二级压缩气缸13——二级排气缓冲罐44进行二级压缩后进入二级冷却器52进行冷却，再进入三级进气洗涤罐63，然后依次经过三级进气缓冲罐45——三级压缩气缸14——三级排气缓冲罐46进行三年级压缩后进入三级冷却器53进行冷却，最终通过排气分离器70排出。

步骤2、气缸润滑系统分配单元选用为单双出口可切换形式，工况切换时，不作用的气缸与工作的气缸润滑油口进行交叉组对布置，保证分配模块可以用单双作用切换的方式进行不作用气缸的润滑切断。

本实施例中，如图4所示，机组气缸润滑系统分配器接口布置为在一级气缸不工作时，可将分配器均调整为单出口模式给二、三级气缸注油，工况切换时关闭一级润滑系统及一级气缸注油器断流保护功能，并调整注油器泵油行程。

步骤3、增设管路：根据应用工况需求，设计计算压缩机级数切换需求，在需要切换的压缩级进出管路附近设置旁通管路和通流/截流切换装置。

本实施例中，如图5所示，以一级压缩作为工况切换示例：在一级压缩管路处设置并联的第一旁通管路21，第一旁通管路21的进气口处设置第一旁通管路通流/截流切换装置31；在一级进气洗涤罐61与一级进气缓冲罐41之间设置一级压缩进口通流/截流切换装置32；在两个一级排气缓冲罐42后分别设置第一列一级压缩出口通流/截流切换装置33和第二列一级压缩出口通流/截流切换装置34。三级四缸压缩时，第一旁通管路通流/截流切换装置31处截流，一级压缩进口通流/截流切换装置32、第一列一级压缩出口通流/截流切换装置33、第二列一级压缩出口通流/截流切换装置34处通流，机组全工况运行。切换为两级压缩时，二级、三级气缸作用，第一旁通管路通流/截流切换装置31处通流，一级压缩进口通流/截流切换装置32、第一列一级压缩出口通流/截流切换装置33、第二列一级压缩出口通流/截流切换装置34处截流。

同样的道理，若以二级压缩作为工况切换，则需要在二级压缩管路处设置并联的第二旁通管路22及相应的通流/截流切换装置即可；若以三级压缩作为工况切换，则需要在三级压缩管路处设置并联的第三旁通管路23及相应的通流/截流切换装置即可。

压缩机变工况切换的设备调整分为以下两种情况：

1)减级，工况切换为：从四缸三级压缩切换为两级压缩，其中二、三级气缸工作，一级气缸不工作。具体包括以下操作：

①如图5，调整通流/截流切换装置，31处通流，32、33、34处截流；②在一级气缸的缸盖端和曲轴端各卸下一个进气阀；③拆卸两列一级气缸可调余隙缸部件和活塞部件；④使用刮油盒堵板封堵刮油座，安装如图6所示，在刮油座96的两端分别用堵板91封堵，堵板91通过螺栓93与螺母95紧固，堵板91与刮油座96之间设有堵板垫片92，螺母95与堵板91之间设有螺栓垫片94；⑤机组气缸润滑系统分配器调整为单出口模式，关闭一级气缸润滑系统及一级气缸注油器断流保护功能，并调整注油器泵油行程；⑥电气控制系统调整为相应流程。

2)增级，工况切换为：从二、三级气缸的两级压缩切换为四缸三级压缩。具体包括以下操作：

①如图5，调整通流/截流切换装置，31处截流，32、33、34处通流；②拆卸刮油盒堵板；③安装一级气缸的进气阀、余隙缸部件和活塞部件；④机组气缸润滑系统分配器调整为双出口模式，打开一级气缸润滑系统及一级气缸注油器断流保护功能，并调整注油器泵油行程；⑤电气控制系统调整为相应流程。

需要说明的是，图4-5中的图形符号表如下：

根据以上调节方式，可实现多级压缩切换，满足多种工况的使用要求。该发明方案同样适用于其他多缸多级压缩的活塞式压缩机变工况设计及应用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (2)

1.一种变工况往复式天然气压缩机设计方法，其特征在于，该设计方法包括以下步骤：

步骤1、以最大工况需求进行全工况压缩机选型，根据工况切换情况需求，以变工况下压缩运行平稳性为出发点布置主机气缸：根据切换运行状态，尽量保持同时工作的气缸对称布置于机体两侧；若存在两缸同级压缩机且该级压缩有切换需求的情况，则需要将同级的两缸对称布置于机体两侧；

步骤2、气缸润滑系统分配器选用为单双出口可切换形式，工况切换时，不作用的气缸与工作的气缸润滑油口进行交叉组对布置，保证分配模块可以用单双作用切换的方式进行不作用气缸的润滑切断；

步骤3、增设管路：根据应用工况需求，设计计算压缩机级数切换需求，在需要切换的压缩级进出管路附近设置旁通管路和通流/截流切换装置；

步骤4、根据不同工况的需求，进行压缩机变工况切换的设备调整。

2.根据权利要求1所述的变工况往复式天然气压缩机设计方法，其特征在于，步骤4中，压缩机变工况切换的设备调整分为以下两种情况：

1)减级，具体包括以下步骤：

①调整通流/截流切换装置，使工况切换级旁通管路上的通流/截流切换装置处于通流状态，其余通流/截流切换装置处于截流状态；②在工况切换级气缸的缸盖端和曲轴端各卸下一个进气阀；③拆卸工况切换级可调余隙缸部件和活塞部件；④使用刮油盒堵板封堵刮油座；⑤机组气缸润滑系统分配器调整为单出口模式，关闭工况切换级气缸润滑系统及工况切换级气缸注油器断流保护功能，并调整注油器泵油行程；⑥电气控制系统调整为相应流程；

2)增级，具体包括以下步骤：

①调整通流/截流切换装置，使工况切换级旁通管路上的通流/截流切换装置处于截流状态，其余通流/截流切换装置处于通流状态；②拆卸刮油盒堵板；③安装工况切换级气缸的进气阀、余隙缸部件和活塞部件；④机组气缸润滑系统分配器调整为双出口模式，打开工况切换级气缸润滑系统及工况切换级气缸注油器断流保护功能，并调整注油器泵油行程；⑤电气控制系统调整为相应流程。