一Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ＆Ｐｒｏｄｕｃｔ 气体参数对往复式压缩机功率的影响 武红胜吕刚（大庆油田有限责任公司天然气分公司） 摘要 压缩机是石化行业中常用的关键设 位置（内止点）时工作容积为最大，这时进气阀开 备之一，也是电能消耗高的设备。文中以往复 式压缩机为例，重点分析了压缩机入口气体压 力、出口气体压力及出口气体温度对压缩机功 始关闭。然后活塞开始向左运动，气缸内工作容积 缩小，气体压力逐渐升高，当气缸内压力达到并略 微高于排气压力时，气体把排气阀打开，并进入排 率的影响，为选取相匹配的设备，达到降低成 气管，直到活塞运动到最左位置时，排气阀关闭。 本、节能降耗的目的提供了依据。 当活塞再次向右运动，上述过程重复出现。曲轴旋 关键词往复式压缩机功率 压力 温度 转一周，活塞往复运动一次，气缸内相继实现进 气、压缩、排气的过程，即完成一个工作循环。 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉ ＳＳｒ１．２０９５—１４９３．２０１１．Ｏ１．０１ ０ ２ 往复式压缩机的性能参数 压缩机在众多行业中是必不可少的关键设备， 因其用途广泛而被称为“通用机械”。按其原理可 ２．１ 压缩机的排气压力 分为：往复式（活塞式）压缩机、回转式（旋转 往复式压缩机的排气压力是由背压（排气系统 式）压缩机、涡轮式（水环式、透平）压缩机、轴 压力）决定的。压缩机铭牌上的压力是指设计时的 流式压缩机、喷射式压缩机及螺杆压缩机等，其中 目标工作压力（额定压力），而实际运转时排气压 应用最为广泛的是往复式（活塞式）压缩机。 力取决于排气系统。如果生产工艺系统中操作失 调，压缩机的排气量大于系统的实际需求量，则背 １ 往复式压缩机的工作原理 压升高，于是压缩机排气压力也随之升高。反之， 往复式压缩机主要由工作部件（气缸、气阀、 如果压缩机排气量供不应求，则排气压力下降。只 活塞组件及填料等）、驱动机构（曲轴、连杆及活 有在气量供需保持相等时，排气压力才能稳定。因 塞）、机身及辅助系统构成，见图１。 此压缩机常附设气量调节系统，使气量的供需协 调，这样才能保持压缩机的压力稳定，操作平稳。 ２．２压缩机的排气温度 气体受到压缩时，气体的温度会升高，压缩后 气体的温度为： 丁，：丁Ｊ（Ｐ，／Ｐ１） 一 式中：Ｐ ——进气压力； Ｐ ——排气压力； ——多变指数。 对往复式压缩机，ｍ值一般是从实测气缸示 图１ 往复式活塞压缩机简图 功图上获得，或者通过验算压缩机的操作数据而 当驱动机构带动活塞做往复运动时，由气缸内 得；对离心式压缩机， 值也是通过测量级的 壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积内便发生 进、出１３气体压力和温度而求得。这样所得到的 周期性变化。活塞从气缸盖处（外止点）开始向右 值只是平均意义上的近似值。把压缩过程看作近似 运动，气缸内的工作容积逐渐增大，这时外界气体 的绝热过程， 可用绝热指数代替。压缩比越大 沿进气管推开进气阀进入气缸，直到活塞达到最右 或气缸冷却效果越差，则排气温度越高，然而压缩 机的排气温度是有限制的。 第一作者简介：武红胜，助理工程师，毕业于中国一汽星光职Ｔ 对于带润滑油的空气压缩机，排气温度过高会 大学，现在大庆油田有限责任公司天然气分公司生产准备大队从 事安全、节能管理工作。 使润滑油黏度降低、润滑效果变差，并使润滑油分 ２８｝ＷＷＷ．ｓｙｓｈｊｎ．ｃｏｍ 设菩・产品解出的挥发组分在气阀、管道中形成“积碳”。积 做的功就越少，压缩机的功率也就越小。由图２可 碳在高温下氧化可能产生爆炸，造成严重事故，所 知，当压缩机入口气体压力增大时，压缩机的功率 以一般将往复式压缩机排气温度控制在１６０～ 将随之减少。对于多级往复式压缩机来说，在其 １８０ ，比润滑油的闪点低３０～３５ 。 压缩机的排气温度是检查机器是否正常运转的 一ｌ 他条件不变的情况下，改变入口压力，只会影响一 级压缩机的功率，不会影响二级压缩机的功率。当 个敏感参数。如果在运转中出现排气异常高温， 必须认真对待。如果不是因＿［况变化，或冷却不 良，则可能是气阀、填料函或活塞环这些易损件出 入口气体压力每升高０．０１ ＭＰａ时，压缩机功率的减 少量逐渐降低。 现故障所致，应及时处理。 ２．３压缩机的功率 （１）指示功率：双作用压缩机指示功率为两工 作室功率之和，多级压缩机指示功率为各级指示功 率之和。指示功率实际上就是压缩机活塞作用于气 体的功率，属于内部功。 （２）轴功率：驱动机（电动机）传给压缩机主 轴的功率，它除了提供内部功率外还要克服活塞与 气缸、活塞杆与填料函、十字头与滑道、连杆与十 字头销及曲柄销、主轴与轴承等摩擦副之问的机械 摩擦损失。如果主轴同时要驱动油泵、注油器或风 扇等，这些设备也要耗一些轴功率。 ２．４压缩机的效率 （１）压缩机的指示效率：压缩机的理论压缩循 环功（或功率）与实际压缩循环指示功（或指示功 率）之比，由它可大致看出压缩机的能量损耗（主 要是气阀阻力）以及实际压缩和膨胀过程与理论过 程的差异等。根据作为对比项的理论压缩循环的不 同，指示效率可分为等温指示效率和等熵指示 效率。 （２）压缩机的等温指示效率：等温压缩循环的 理论功率与轴功率之比。 （３）压缩机的等熵指示效率：等熵压缩循环的 理论功率与轴功率之比。 压缩机的等温效率和等熵效率不仅反映了压缩 机缸内的压缩循环功率，还同时考虑了运动构件的 机械摩擦损失的影响。大多数 缩机的多变指数接 近于等熵指数，故常用等熵效率来表示。 ３ 影响往复式压缩机功率的因素 压缩机功率主要受压缩机入口气体压力与压缩 后气体温度的影响。 ３．１ 压缩机入口气体压力 压缩机压缩气体是一个对气体做功的过程：压 缩机使气体具有压缩能。在压缩机出口压力不变的 情况下，如果气体的起始压缩能越高，则压缩机所 ０ Ｄ１ ０ ０２ ０ ０３ ０ ０４ ０ ０５ ０ ０６ ０ ０７ 一级入口压力／ＩＩＰａ 图２ 压缩机的功率随一级入口压力的变化曲线 ３．２ 压缩机一级出口压力 对于二级压缩的往复式压缩机来说，一级出口 压力即为二级入口压力，一级出口压力的变化会影 响一级压缩机的功率，同时也会影响二级压缩机的 功率。在其他条件不变的情况下，增加一级出口压 力，会使一级压缩机的功率增加、二级压缩机的功 率减少。 图３为一级压缩机的功率随一级出口压力的变 化曲线，一级出口压力升高，气体具有的压缩能提 高，使一级压缩机对气体做功增加，同时一级压缩 机的功率也增加。 ９００ 嚣８垂７００００ 出６００ 搿５００ ０．２５ ０．２７ ０ ２９ ０ ３１ ０ ３３ ０．３５ ０ ３７ 一级出口压力／ＭＰａ 图３ 一级压缩机功率随一级出口压力的变化曲线 图４为二级压缩机功率随一级出口压力的变化 曲线，一级出口压力升高，使进入二级压缩机的气 体具有的初始压缩能增加，因此，二级压缩机对气 体所做的功减少，二级压缩机的功率也减少。 量９００ 筹ｓｏｏ 垂瑚 蓦ｅＩｌ ５００ ｏｏ ０．２５ ０ ２｜０．２９ ０．３１ ０ ３３ ０．３５ ０ ３７ 一级出口压力／ ｊ 图４二级压缩机功率随一级出口压力的变化曲线 图５为整个往复式压缩机功率随一级出口压力 的变化曲线。 ３．３压缩机二级出口压力 二级出口压力越高，说明压缩机释放的能量越 ＥＤＩ １年第１期石油石化节能ｌ ２９ Ｉ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ＆Ｐｒｏｄｕｃｔ 多，对气体所做的功就越多，则压缩机的功率也就 越高，见图６。对于多级往复式压缩机来说，在其 他条件不变的情况下，改变二级出口压力，只会影 响二级压缩机的功率，不会影响一级压缩机的 功率。 图７压缩机功率随级间冷凝器出口温度的变化曲线 ４５ ４３ ４１ ３９ ３７ ３５ ３３ ３１ ２９ 缴间冷凝器出口温度／℃ ４ 结论 ０ ２５ ０ ２７ ０ ２９ ０．３１ ０ ３３ ０ ３５ ０ ３７ 压缩机的主要作用就是对气体做功，使气体具 有压缩能，以输送气体或者为化学反应创造必要的 级出口压力／ＭＰａ 图５压缩机随一级出口压力的变化曲线 条件。 压缩机的人口、出口气体压力的大小，直接影 响压缩机的功率，对于多级往复式压缩机来说，前 一级压缩机的出口气体压力和级间冷凝器的出口温 度影响下一级压缩机的功率。入口气体压力越高， 压缩机对其所做的功越少，压缩机的功率就越低； 图６ 压缩机的功率随二级出口压力的变化曲线 压缩机出口温度越高，压缩机所消耗的功率逐渐降 ３．４ 级间冷凝器的出口温度 低，但是温度对压缩机的功率影响不大。 气体被压缩，体积减小，温度升高。因此，需 要冷凝设备来给气体降温。级间冷凝器是多级往复 参考文献 式压缩机必备的冷却设备，冷凝物质主要是水，目 【１］钱锡俊，陈弘．泵和压缩机［Ｍ］．东营：中围石油大学 版社 的是降低二级压缩机入口气体的温度，以此来保护 ２００７． 压缩机。图７是压缩机功率随级间冷凝器出口温度 （收稿日期２０１０一ｌ１—２０） 的变化曲线，当级问冷凝器出口温度降低时，压缩 机的功率会随之增加，但影响不大。 （上接第１２页） 的不足。通过现场实际应用及测试数据可以看出， 液量稳定，沉没度由８８．４ ｍ上升到１２９．１ Ｉｎ，系统 应用变轨柔性运行技术后，可以在保证产液量不降 效率由６．３％提高到８．２％，见表２。 的前提下，动态调整冲速，提高泵的充满程度并减 表２生产参数测试效果对比 少漏失量，进而改善功况运行状态，同时降低举升 能耗，提高系统效率，延长了油井免修期，，提高了 经济效益。根据第七采油厂机采井的实际情况和变 轨柔性运行技术的特点及优势，该系统在单井能耗 较高的葡北和扶余地区应用较为合理。 参考文献 ５结论和认识 ［１］孙颖．基于ＤＳＰ的无刷直流电机伺服系统设计…．山西电 子技术，２００９（６）． 变轨柔性运行技术是针对游梁式抽油机系统核 【２］周封．抽油机节能方法与变频技术合理应用研究…．节能 心问题的一种综合解决技术。它不只是单一拖动电 技术，２０１０（３）． 动机的节能，而是从源头控制开发的全系统参数整 ［３］高宇．智能抽油机控制器的研究…．制造业自动化，２０１０（６）． 体优化治理方案。该技术通过对地面设备的速度控 制，兼顾了驱动部分、地面机械系统和井下系统等 （收稿日期２０１０—１１—０８） 各部分的运行需要，使游梁式抽油机整体系统效率 达到最佳运行效果，弥补了现有运行优化治理措施 ３０ １ ｗｗｗ．ｓｙｓｈＪｎ．ｃ。ｍ