基于国产电驱与进口燃驱压缩机组负荷分配联合运行研究

基于国产电驱与进口燃驱压缩机组负荷分配联合运行研究

金发宝 张娟

国家管网西部管道公司独山子输油气分公司 833600

摘要:国产电驱与进口燃驱压缩机组由于功率及控制方式不同，联合负荷分配运行难度较大，同时各压气站内不同机组厂家负荷分配方案各异，再加上机组运行工况、保养水平和操作人员习惯等决定了在长输管道内很难通过一种负荷分配模式满足各种运行工况的需要。本文将以乌苏压气站一年的联合负荷分配运行及往年独立转速控制模式运行数据为基础，对国产电驱与进口燃驱压缩机组负荷分配运行前后压缩机运行工况、稳定性及能耗等做对比分析，从而总结出运行经验，论证不同功率及控制方式机组负荷分配的可行性及必要性，并为后续压缩机组不同工况下运行方案选择提供依据。

关键词：压缩机效率 负荷分配 PT GG CC

1 基本现状

中国大型输气管道站场，压缩机组运行以往多为以各自独立转速控制为主，目前运行模式正在由转速控制模式向联合负荷分配模式运行转变，且不同功率及控制方式的机组联合负荷分配运行经验还处于空白阶段，缺乏成熟的运行方案。。

2 压缩机组主要负荷分配方法

压气站入口或出口压力主性能控制器（MPIC）、单机组负荷控 制器（LSIC）、单机组喘振控制器（UIC）和转速控制器 （SIC），机组各控制器通过高速专用数字通信网络实时与 负荷分配组内的其它机组交换数据。 压力波动时，并联网络中的各台机组都部分吸收了扰 动，使得各机组动能平稳调节，喘振风险最小。由于操作 点到喘振控制线的距离（DEV）是个无量纲的相对值，可实现不同机型、不同容量、不同厂家的机组并 联运行下的负荷分配，各种不同转速和流量的机组运行在 同一个DEV值下，实现稳定的负荷分配。

3 影响因素及数据分析

3.1二线燃驱机组负荷分配投运前后压缩机工况、效率分析

3.1.1燃气发动机振动对比分析

燃气发动机效率是压缩机组效率最重要体现，能集中反映机组当前的运行状况，根据以往站场的运行经验，负荷分配投用前后燃气发动机效率有一定的变化，对于该参数的研究，有助于机组负荷分配联合运行最佳方案的制定。

3.1.2压缩机振动、温度对比分析

负荷分配投用后，压缩机振动在4200rpm之前，由于两电一燃模式，二线燃驱压缩机转速区间相对三线电驱小（二线燃驱转速区间3500rpm-4800rpm，三线电驱转速区间3120rpm-4800rpm），使得单台燃驱在低速区输出功率大，振动偏大，在4200rpm后，三台机组输出平衡，振动值明显比未投用负荷分配小。

通过温度趋势看出，负荷分配投用后，压缩机无论驱动端或非驱动端都较未投用稍有减小，通过压缩机振动、温度对比得出：

小结：压缩机工况仍然为投用负荷分配后压缩机工况变好，效率更高。

3.2西三线沈鼓电驱机组振动、温度对比分析

三线为两台电驱同时运行模式，投用负荷分配后两台电驱性能、效率变化类似，所以只选取一台电驱数据进行分析。由于三线沈鼓机组励磁机、电机冷却主要靠水冷系统进行冷却，而水冷系统日常人为调整较多，投用负荷分配前、后无法进行对比，所以只对电机进行振动对比分析，压缩机进行全面分析。

3.2.1压缩机振动、温度对比分析

压缩机非驱动端振动对比分析图

压缩机非驱动端温度对比分析图

图9压缩机驱动端温度对比分析图

小结：通过曲线图可以看出，压缩机振动除去在4000rpm附近非驱动端未投用负荷分配电机工况稍好以外，其他运行区间均为投用负荷分配后工况更好，而压缩机温度则是极为明显投用负荷分配后工况较好，随着转速升高非驱动端工况变好的趋势越来越明显。

3.3负荷分配投运最佳工况分析

投用二电一燃模式负荷分配后，查看趋势发现，随着压缩机转速及功率的提升，压缩机各项温度参数均呈平缓变化，变化幅度极小，不具分析性，所以本次将不对温度参数进行分析，只对主要振动参数进行分析。

3.3.1燃驱压缩机组主要振动数据分析

通过在负荷分配投用后，将燃驱压缩机转速从最小负载逐渐提升到额定转速，得到压缩机组各项参数数据，对主要振动数据做趋势（燃气发动机取振动较高的后机匣振动数据）。

通过上图发现，燃气发动机振动随转速提升呈持续上升趋势，在达到额定转速时为16.13mm/s，与报警值21mm/s接近，所以不建议长期高转速极限运行，建议在4600rpm转速以下运行。压缩机驱动端在4100rpm左右有高点19.28um，但与报警值60um相差甚远，机组其他各项振动数据随着转速提升变化不明显，呈正常平缓状态，在整个转速区间运行工况良好。

小结：所以二线燃驱机组在投用负荷分配后建议在3500rpm-4600rpm转速区间运行，工况较为良好。

3.3.2电驱压缩机主要振动参数

由于输量原因，电驱压缩机组无法达到额定转速，所以本次数据只取最小负载转速至4500rpm。

通过上图发现电驱压缩机组励磁机振动在低转速时较高，工况较差；电机驱动端振动在转速4300rpm后快速升高，且趋势未见平缓迹象；其他各项振动数据随着转速提升变化不明显，呈正常平缓状态。

小结：所以三线电驱机组在投用负荷分配后建议在3600rpm-4300rpm转速区间运行，工况较为良好。

4 分析结论和改进思路

4.1分析结论

4.1.1通过对二、三线压缩机组各组成部分主要工况参数分析发现：在负荷分配投用后，通过PLC计算、调整、控制，使得压缩机组运行工况更好，效率更高；

4.1.2负荷分配控制技术适用于并联运行的压缩机，当两台或多台压缩机并联运行时，压缩机工作点在距防喘振线等 距下操作可使各台压缩机效率最高，同时喘振保护最好。确保并网机组负荷的均衡分配，节约能耗，可以避免不必要的回流。

4.1.3投运负荷分配后，压缩机组进口汇管的压力控制平稳、波动较小，控制效果显著。该方法能够使压气站压缩机组控制更加安全、稳定、节能，且可以达到更高的自动化程度，有利于整个站场的安全稳定运行。

4.2改进思路

4.2.1在运行条件允许的情况下，压缩机组多采用联合负荷分配运行模式，并调整在最优转速区间运行，同时采用等裕度负荷分配法；负荷分配投用后压缩机组最优运行工况，二线燃驱在3500rpm~4600rpm转速区间运行；三线电驱在3600rpm˜4300rpm转速区间运行，如果机组超出上述对应转速区间，及时调整压力，控制在建议区间，使得机组在最优工况运行。

4.2.2修改负荷分配程序，控制机组转速区间，确保机组负荷分配运行最低转速在最优转速区间内；

4.2.3编制负荷分配运行操作规程，对荷分配运行条件及工况进行明确，在频繁切机过程中可不运行负荷分配模式，编制应急处置卡，明确应急处置情况。

参考文献：

1. 
   

2. 吕子文,李庆祥.中亚管道压缩机组运行控制模式的选择[J].油气 储运,2011,30(2):111-116.

3. 孙豫龙,陈英烈,唐亚林,等.离心压缩机串联运行的控制方案研 究与实现[J].石油化工自动化,2011,47(1):26-30.

4. 余冬,王宁,张菲,王凯濛,夏秀占,潘志榆,郭士煜.盖州压气站防喘振控制与负荷分配[J].油气储运,2019,38(11):1277-1281+1315.

5. 马凯,王华强,张保平,王东升.天然气管线压缩机组加载/卸载及负荷分配控制研究[J].工业仪表与自动化装置,2018(06):86-88+93.

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