【壓縮機網(wǎng)】如今大多數(shù)高速往復式壓縮機是在工廠內(nèi)裝配、成套的機組。它們預先被組裝好，以便運輸和迅速與客戶建立聯(lián)系，大大減少了安裝時間和費用……

　　石油和天然氣廠中最常見的壓縮機是往復式壓縮機，在工業(yè)過程應用中，傳統(tǒng)大大小小的撬裝式壓縮機和分體式壓縮機一般安裝在機組組件、管道和組裝線路最多的加固混凝土基礎上。而如今大多數(shù)高速往復式壓縮機是在工廠內(nèi)裝配、成套的機組。它們預先被組裝好，以便運輸和迅速與客戶建立聯(lián)系，大大減少了安裝時間和費用。

　　本文將討論往復壓縮機機組的重要部件及其作用。

　　典型往復式壓縮機機組

　　高速往復式壓縮機，由天然氣發(fā)動機或電動機驅動，實現(xiàn)了更低的基礎費用，更短的安裝時間和更好的緊湊性。它已經(jīng)成為適用于上游市場的最常見的設備，同時也占領了許多中游天然氣壓縮機市場。機組功率從50hp（37kW）甚至更小，以及5000hp（3729kW）甚至更大不等。更大的機組也可以被做成撬裝式的，但是它們經(jīng)常由于過大的體積而需要現(xiàn)場裝配完成。

　　有些技術標準可以用來規(guī)范往復式壓縮機的設計和結構。例如，標準API IIP“石油和天然氣用撬裝式往復式壓縮機技術規(guī)范”和ISO 13631“石油和天然氣工業(yè)用撬裝式往復工藝壓縮機”經(jīng)常被用于規(guī)范上游工藝壓縮機應用的設計和組裝。最近，GMRC（氣體機械研究委員會）在工業(yè)界廣泛合作的技術基礎上，發(fā)布了“野外氣體用高速壓縮機指南”，為上游壓縮機組應用提供了更全面的指導，機組功率至2000hp（1491kW）。

　　標準API 618“石油、化工、和氣體工業(yè)服務用往復壓縮機”，被用于許多中游和下游壓縮機應用的設計和組裝。2013年，GMRC的“天氣運輸和存儲用高速往復壓縮機指南”為中游功率大于2000hp的壓縮機機組的設計和組裝提供了更多的技術指導。

　　大多數(shù)機組安裝在焊接好的工字梁底座上，由燃氣發(fā)動機、壓縮機和風冷換熱器組成，這樣就可以實現(xiàn)一個完整的撬裝式壓縮機系統(tǒng)，并在一個工廠被組裝完成，且可由一輛或多輛卡車運輸?shù)揭巴?。這個底座同時可以作為一個平臺，用于安裝其它組件，比如去除氣體中水分的進氣過濾器，用于緩解來自于壓縮機、控制盤、管道以及其它裝置的壓力脈動的緩沖器。

　　往復式壓縮機有很多種類型和尺寸。本文只列舉其中比較常見的一些。圖1是一個傳統(tǒng)意義上的小型空壓機。它是一臺功率為215hp，由轉速為1800rpm的二沖程燃氣發(fā)動機驅動的三級往復壓縮機，專門應用于采油工作。
 

 

　　圖2是幾種功率為1895hp，由轉速1000rpm的四沖程燃氣發(fā)動機驅動的二級往復式壓縮機中的一種，專用于中心集氣工作。它一般組建在碎石或砂礫基礎上，對于功率達到2000hp的空壓機，一般都會組裝在這樣的基礎上。根據(jù)泥土類型和環(huán)境濕度的不同，使用加固混凝土或者打樁，有時還需要合適的支架。在一些冬天不會長時間上凍的地方，機組可以露天運行。
 

 

　　圖3是一臺功率為1380hp，由轉速為1400rpm的四沖程燃氣發(fā)動機驅動的三級往復式壓縮機，專用于中心集氣工作。這樣的機組需要裝在加固混凝土的基礎上，且需要一個上部封閉，兩側敞開的廠棚，這樣既能保護機組，又能保持通風。
 

 

　　圖4是一臺功率為2000hp，由轉速為1200rpm的四沖程電動機驅動的二級往復式壓縮機，用于氣體加工裝置的增壓。它需要裝在加固混凝土的基礎上，并且需要被完全包圍在一個配備有高架起重機的封閉建筑內(nèi)，以保證能夠安全地吊起很重的組件。這種設備的風冷式換熱器通常是獨立于壓縮機組而安裝在建筑外面的。
 

 

　　圖5是一臺功率為5045hp，由轉速為1000rpm的六沖程燃氣發(fā)動機驅動的一級往復式壓縮機，用于氣體傳輸。它整體與圖4相似，組建在加固混凝土基礎上，并且需要被完全包圍在一個配備有高架起重機的封閉建筑內(nèi)，以保證能夠安全地吊起很重的組件。它的風冷式換熱器也幾乎總是獨立于壓縮機而裝在建筑外面的。
 

 

　　往復式壓縮機機組的主要組件及作用

　　傳統(tǒng)移動式空壓機如圖6所示，重要的組件已標注好以便參考。

　　壓縮機組將低壓側的氣體吸入（用綠色箭頭表示），輸送到高壓側（用紅色箭頭表示）。本例中的壓縮機組是一種在臨近水源露天運行的兩級（可租用）單元，下文將詳細介紹其每個重要的部件。

　　底座

　　壓縮機的全部組件都是安裝在由焊接工字鋼制造的底座上的。標準底座都有兩個主要可轉動橫梁，這樣可以延伸底座的長度以支撐發(fā)動機和壓縮機。大多數(shù)的底座在四周都有額外的可轉動橫梁。而且有很多普通橫梁用以支撐各種部件。大多數(shù)情況下，這種尺寸的機組都會在底座上放置發(fā)動機和壓縮機的地方鋪一層加固混凝土?；炷良瓤梢云鸬骄彌_作用，同時也可以增大整體質量以減弱機械固有頻率帶來的振動。在實際氣體應用中，底座一般建在像碎石或砂礫等排水能力足夠好的基礎上，無論是在負載、運輸、卸載還是運行的狀態(tài)下，它都是來支撐整個壓縮系統(tǒng)。

　　壓縮機

　　它是整個系統(tǒng)的心臟，圖6是一個四沖程的二級壓縮往復壓縮機。壓縮機一般有1到6列，典型的可設計成1-4級。就拿二級壓縮機來說，如圖所示，第一級在背面，第二級在正面，而且每一級都有兩個平行放置的氣缸。

　　燃氣發(fā)動機

　　圖6的壓縮機就是由一個十六缸往復式燃氣發(fā)動機通過彈性聯(lián)軸器驅動的。燃氣發(fā)動機能夠提供一系列的運行速度，通常為額定轉速的75%到100%之間。如圖4，電動機也可以用來驅動壓縮機。但是電動機的工作轉速是恒定的，除非安裝有變頻器。
 

 

　　催化式排氣凈化器/排氣消聲器
　　圖6中，安裝在風冷換熱器頂部的就是一臺組合式催化排氣凈化器和一個裝在燃氣發(fā)動機排氣管上的排氣消聲器。在安裝時，有時候這兩者是分開的。但絕大多數(shù)情況下，為了節(jié)省空間和費用，它們一般被綁在一起安裝。

　　進氣節(jié)流閥

　　在實際的壓縮應用中，進氣節(jié)流閥的作用是控制氣體流量，并將壓縮機的工作狀態(tài)控制在安全的范圍內(nèi)。如圖6，它被安裝在低壓進氣管上，也就是整個壓縮機系統(tǒng)的前端。有些情況下，它也被安裝在底座上，剛好在低壓進氣管后方的位置。進氣節(jié)流閥可以降低進入壓縮機的氣體氣壓，達到減小質量流量的目的。通常這樣可以減少壓縮氣體時的功率消耗，但也有時候達不到這樣的效果。

　　旁通閥

　　壓縮機系統(tǒng)的另一種常見設備是旁通閥，也叫再循環(huán)閥。它被安裝在連接壓縮機排氣口和進氣口的管道上。旁通閥的作用是實現(xiàn)壓縮機吸排氣的旁通。雖然這一循環(huán)降低了效率，但排氣與進氣相連接，可以使壓縮機吸排氣口的壓力平衡，可有效降低壓縮機的扭矩和燃氣發(fā)動機或電動機啟動時所需的功率。這時，旁通閥是間斷性工作的，當壓縮機在極端條件下工作時，為了降低最大工作載荷，旁通閥可以連續(xù)打開，且管道必須接在氣體冷卻器的后面，如圖6所示。

　　進氣過濾器

　　壓縮系統(tǒng)的各級進氣口的前端都需要安裝一個進氣過濾器。它可以過濾油氣中混入的少量液體。進氣過濾器由液面指示器和可自動清理過濾器中液體的控制器組成。第一級過濾器被安裝在低壓管道和第一級進氣緩沖器之間。

　　盡管有一個更大的液體分離裝置被裝在了壓縮機的前端以分離較大的水滴，但是整個系統(tǒng)的液體分離裝置必須能夠分離出任何可能從油氣中析出的液體，以降低壓縮機內(nèi)的壓力和溫度。這一點在實際應用中尤為重要。在這里油氣中的水分會達到飽和，并混有分子質量更大的碳氫化合物，它們會在壓力（比如當氣體氣壓下降后，通過閥門時）和溫度（比如經(jīng)過一個暴露在冷空氣中的長管道或者空氣冷卻器）降低的過程中由氣體轉變?yōu)橐后w。分離器同樣可以從分流管道或者其它前端的位置分離出壓縮機內(nèi)來自氣缸的潤滑油。

　　緩沖器

　　由于壓縮機會產(chǎn)生高壓氣流脈動，會引起增壓設備的振動和疲勞破壞。因此，在靠近氣缸的地方有必要使用緩沖器以平緩這些壓力脈動。而壓縮機的進氣口和排氣口一般分別在氣缸的頂部和底部，所以壓縮機的每一級進氣口和排氣口都需要安裝一個緩沖器。當氣體從進氣過濾器中出來進入氣缸的時候，緩沖器可以將來自前端裝置的壓力脈動消除。當經(jīng)過增壓的氣體通過排氣口排出的時候，緩沖器可以消除來自后端裝置的壓力脈動。設計用一個緩沖器來平衡壓縮機同一級的所有氣缸是一種常用的方法。例如，在圖2，3，4和6中，在每一級緩沖器都與兩個氣缸相連接，而在圖5中是與三個氣缸連接。

　　而相對較小的壓縮機組，比如圖1，它也可能沒有傳統(tǒng)意義上的緩沖器。但仔細觀察它的氣體管道時，會發(fā)現(xiàn)它的進氣管和排氣管的直徑比連接氣缸的管道的直徑大，這樣即便不使用更大的壓力容器，也能控制壓力脈動。一般較小尺寸的壓縮機都采用這種方法。

　　風冷換熱器

　　任何一個壓縮機機組都需要一個風冷換熱器。如果機組建在野外的環(huán)境下（而不是建筑物內(nèi)），為了簡便，風冷換熱器總是安裝在機組的底座或者與主底座相連的專用底座上。但如果像圖4、5中那樣，機組建在完全封閉的建筑物內(nèi)，那么風冷換熱器通常會獨立于壓縮機機組。

　　冷卻器要冷卻有每一級排出的氣體、發(fā)動機的冷卻劑和發(fā)動機與壓縮機的潤滑油，有時還有渦輪增壓器排出的氣體。這些冷卻器讓氣體在布滿散熱片的管道內(nèi)不斷循環(huán)，以帶走在管道內(nèi)循環(huán)的液體的熱量。一個由發(fā)動機或者電動機輔助驅動的大風扇，可以加速外界空氣在散熱片周圍的流動。如果實際應用需要的話，風扇還可以促進氣體在管道內(nèi)的流通?？諝饫鋮s器有很多類型，有氣體平行流入流出的，也有氣體垂直流入流出的。

　　控制盤

　　系統(tǒng)的控制盤是壓縮機系統(tǒng)的關鍵設備。 它控制著壓縮機運行的所有重要功能，包括壓縮機的啟動、暫停、容量控制、安全警報和關機等功能?？刂票P可以安裝在底座上（如圖1、6），也可以安裝在底座外（如圖2、4、5）。當控制盤安裝在底座外時，可以減少機組運行時產(chǎn)生的振動和高溫對控制盤的影響，同時也能讓底座上的空間不過于擁擠，方便維修。