【壓縮機(jī)網(wǎng)】如今大多數(shù)高速往復(fù)式壓縮機(jī)是在工廠內(nèi)裝配、成套的機(jī)組。它們預(yù)先被組裝好，以便運(yùn)輸和迅速與客戶建立聯(lián)系，大大減少了安裝時(shí)間和費(fèi)用……

　　石油和天然氣廠中最常見(jiàn)的壓縮機(jī)是往復(fù)式壓縮機(jī)，在工業(yè)過(guò)程應(yīng)用中，傳統(tǒng)大大小小的撬裝式壓縮機(jī)和分體式壓縮機(jī)一般安裝在機(jī)組組件、管道和組裝線路最多的加固混凝土基礎(chǔ)上。而如今大多數(shù)高速往復(fù)式壓縮機(jī)是在工廠內(nèi)裝配、成套的機(jī)組。它們預(yù)先被組裝好，以便運(yùn)輸和迅速與客戶建立聯(lián)系，大大減少了安裝時(shí)間和費(fèi)用。

　　本文將討論往復(fù)壓縮機(jī)機(jī)組的重要部件及其作用。

　　典型往復(fù)式壓縮機(jī)機(jī)組

　　高速往復(fù)式壓縮機(jī)，由天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了更低的基礎(chǔ)費(fèi)用，更短的安裝時(shí)間和更好的緊湊性。它已經(jīng)成為適用于上游市場(chǎng)的最常見(jiàn)的設(shè)備，同時(shí)也占領(lǐng)了許多中游天然氣壓縮機(jī)市場(chǎng)。機(jī)組功率從50hp（37kW）甚至更小，以及5000hp（3729kW）甚至更大不等。更大的機(jī)組也可以被做成撬裝式的，但是它們經(jīng)常由于過(guò)大的體積而需要現(xiàn)場(chǎng)裝配完成。

　　有些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可以用來(lái)規(guī)范往復(fù)式壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)。例如，標(biāo)準(zhǔn)API IIP“石油和天然氣用撬裝式往復(fù)式壓縮機(jī)技術(shù)規(guī)范”和ISO 13631“石油和天然氣工業(yè)用撬裝式往復(fù)工藝壓縮機(jī)”經(jīng)常被用于規(guī)范上游工藝壓縮機(jī)應(yīng)用的設(shè)計(jì)和組裝。最近，GMRC（氣體機(jī)械研究委員會(huì)）在工業(yè)界廣泛合作的技術(shù)基礎(chǔ)上，發(fā)布了“野外氣體用高速壓縮機(jī)指南”，為上游壓縮機(jī)組應(yīng)用提供了更全面的指導(dǎo)，機(jī)組功率至2000hp（1491kW）。

　　標(biāo)準(zhǔn)API 618“石油、化工、和氣體工業(yè)服務(wù)用往復(fù)壓縮機(jī)”，被用于許多中游和下游壓縮機(jī)應(yīng)用的設(shè)計(jì)和組裝。2013年，GMRC的“天氣運(yùn)輸和存儲(chǔ)用高速往復(fù)壓縮機(jī)指南”為中游功率大于2000hp的壓縮機(jī)機(jī)組的設(shè)計(jì)和組裝提供了更多的技術(shù)指導(dǎo)。

　　大多數(shù)機(jī)組安裝在焊接好的工字梁底座上，由燃?xì)?a href="http://www.beijingjieshi.cn" target="_blank" class="keylink">發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)和風(fēng)冷換熱器組成，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的撬裝式壓縮機(jī)系統(tǒng)，并在一個(gè)工廠被組裝完成，且可由一輛或多輛卡車運(yùn)輸?shù)揭巴狻＿@個(gè)底座同時(shí)可以作為一個(gè)平臺(tái)，用于安裝其它組件，比如去除氣體中水分的進(jìn)氣過(guò)濾器，用于緩解來(lái)自于壓縮機(jī)、控制盤、管道以及其它裝置的壓力脈動(dòng)的緩沖器。

　　往復(fù)式壓縮機(jī)有很多種類型和尺寸。本文只列舉其中比較常見(jiàn)的一些。圖1是一個(gè)傳統(tǒng)意義上的小型空壓機(jī)。它是一臺(tái)功率為215hp，由轉(zhuǎn)速為1800rpm的二沖程燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的三級(jí)往復(fù)壓縮機(jī)，專門應(yīng)用于采油工作。
 

 

　　圖2是幾種功率為1895hp，由轉(zhuǎn)速1000rpm的四沖程燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的二級(jí)往復(fù)式壓縮機(jī)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(chǔ)上，對(duì)于功率達(dá)到2000hp的空壓機(jī)，一般都會(huì)組裝在這樣的基礎(chǔ)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(shí)還需要合適的支架。在一些冬天不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間上凍的地方，機(jī)組可以露天運(yùn)行。
 

 

　　圖3是一臺(tái)功率為1380hp，由轉(zhuǎn)速為1400rpm的四沖程燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的三級(jí)往復(fù)式壓縮機(jī)，專用于中心集氣工作。這樣的機(jī)組需要裝在加固混凝土的基礎(chǔ)上，且需要一個(gè)上部封閉，兩側(cè)敞開(kāi)的廠棚，這樣既能保護(hù)機(jī)組，又能保持通風(fēng)。
 

 

　　圖4是一臺(tái)功率為2000hp，由轉(zhuǎn)速為1200rpm的四沖程電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的二級(jí)往復(fù)式壓縮機(jī)，用于氣體加工裝置的增壓。它需要裝在加固混凝土的基礎(chǔ)上，并且需要被完全包圍在一個(gè)配備有高架起重機(jī)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(shè)備的風(fēng)冷式換熱器通常是獨(dú)立于壓縮機(jī)組而安裝在建筑外面的。
 

 

　　圖5是一臺(tái)功率為5045hp，由轉(zhuǎn)速為1000rpm的六沖程燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的一級(jí)往復(fù)式壓縮機(jī)，用于氣體傳輸。它整體與圖4相似，組建在加固混凝土基礎(chǔ)上，并且需要被完全包圍在一個(gè)配備有高架起重機(jī)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(fēng)冷式換熱器也幾乎總是獨(dú)立于壓縮機(jī)而裝在建筑外面的。
 

 

　　往復(fù)式壓縮機(jī)機(jī)組的主要組件及作用

　　傳統(tǒng)移動(dòng)式空壓機(jī)如圖6所示，重要的組件已標(biāo)注好以便參考。

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

　　底座

　　壓縮機(jī)的全部組件都是安裝在由焊接工字鋼制造的底座上的。標(biāo)準(zhǔn)底座都有兩個(gè)主要可轉(zhuǎn)動(dòng)橫梁，這樣可以延伸底座的長(zhǎng)度以支撐發(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)。大多數(shù)的底座在四周都有額外的可轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)組都會(huì)在底座上放置發(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)的地方鋪一層加固混凝土。混凝土既可以起到緩沖作用，同時(shí)也可以增大整體質(zhì)量以減弱機(jī)械固有頻率帶來(lái)的振動(dòng)。在實(shí)際氣體應(yīng)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(chǔ)上，無(wú)論是在負(fù)載、運(yùn)輸、卸載還是運(yùn)行的狀態(tài)下，它都是來(lái)支撐整個(gè)壓縮系統(tǒng)。

　　壓縮機(jī)

　　它是整個(gè)系統(tǒng)的心臟，圖6是一個(gè)四沖程的二級(jí)壓縮往復(fù)壓縮機(jī)。壓縮機(jī)一般有1到6列，典型的可設(shè)計(jì)成1-4級(jí)。就拿二級(jí)壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，如圖所示，第一級(jí)在背面，第二級(jí)在正面，而且每一級(jí)都有兩個(gè)平行放置的氣缸。

　　燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)

　　圖6的壓縮機(jī)就是由一個(gè)十六缸往復(fù)式燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)彈性聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)的。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)能夠提供一系列的運(yùn)行速度，通常為額定轉(zhuǎn)速的75%到100%之間。如圖4，電動(dòng)機(jī)也可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。但是電動(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)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(fēng)冷換熱器頂部的就是一臺(tái)組合式催化排氣凈化器和一個(gè)裝在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)排氣管上的排氣消聲器。在安裝時(shí)，有時(shí)候這兩者是分開(kāi)的。但絕大多數(shù)情況下，為了節(jié)省空間和費(fèi)用，它們一般被綁在一起安裝。

　　進(jìn)氣節(jié)流閥

　　在實(shí)際的壓縮應(yīng)用中，進(jìn)氣節(jié)流閥的作用是控制氣體流量，并將壓縮機(jī)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(jìn)氣管上，也就是整個(gè)壓縮機(jī)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(jìn)氣管后方的位置。進(jìn)氣節(jié)流閥可以降低進(jìn)入壓縮機(jī)的氣體氣壓，達(dá)到減小質(zhì)量流量的目的。通常這樣可以減少壓縮氣體時(shí)的功率消耗，但也有時(shí)候達(dá)不到這樣的效果。

　　旁通閥

　　壓縮機(jī)系統(tǒng)的另一種常見(jiàn)設(shè)備是旁通閥，也叫再循環(huán)閥。它被安裝在連接壓縮機(jī)排氣口和進(jìn)氣口的管道上。旁通閥的作用是實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)吸排氣的旁通。雖然這一循環(huán)降低了效率，但排氣與進(jìn)氣相連接，可以使壓縮機(jī)吸排氣口的壓力平衡，可有效降低壓縮機(jī)的扭矩和燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)所需的功率。這時(shí)，旁通閥是間斷性工作的，當(dāng)壓縮機(jī)在極端條件下工作時(shí)，為了降低最大工作載荷，旁通閥可以連續(xù)打開(kāi)，且管道必須接在氣體冷卻器的后面，如圖6所示。

　　進(jìn)氣過(guò)濾器

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

　　盡管有一個(gè)更大的液體分離裝置被裝在了壓縮機(jī)的前端以分離較大的水滴，但是整個(gè)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(jī)內(nèi)的壓力和溫度。這一點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中尤為重要。在這里油氣中的水分會(huì)達(dá)到飽和，并混有分子質(zhì)量更大的碳?xì)浠衔铮鼈儠?huì)在壓力（比如當(dāng)氣體氣壓下降后，通過(guò)閥門時(shí)）和溫度（比如經(jīng)過(guò)一個(gè)暴露在冷空氣中的長(zhǎng)管道或者空氣冷卻器）降低的過(guò)程中由氣體轉(zhuǎn)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(jī)內(nèi)來(lái)自氣缸的潤(rùn)滑油。

　　緩沖器

　　由于壓縮機(jī)會(huì)產(chǎn)生高壓氣流脈動(dòng)，會(huì)引起增壓設(shè)備的振動(dòng)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(dòng)。而壓縮機(jī)的進(jìn)氣口和排氣口一般分別在氣缸的頂部和底部，所以壓縮機(jī)的每一級(jí)進(jìn)氣口和排氣口都需要安裝一個(gè)緩沖器。當(dāng)氣體從進(jìn)氣過(guò)濾器中出來(lái)進(jìn)入氣缸的時(shí)候，緩沖器可以將來(lái)自前端裝置的壓力脈動(dòng)消除。當(dāng)經(jīng)過(guò)增壓的氣體通過(guò)排氣口排出的時(shí)候，緩沖器可以消除來(lái)自后端裝置的壓力脈動(dòng)。設(shè)計(jì)用一個(gè)緩沖器來(lái)平衡壓縮機(jī)同一級(jí)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(jí)緩沖器都與兩個(gè)氣缸相連接，而在圖5中是與三個(gè)氣缸連接。

　　而相對(duì)較小的壓縮機(jī)組，比如圖1，它也可能沒(méi)有傳統(tǒng)意義上的緩沖器。但仔細(xì)觀察它的氣體管道時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)它的進(jìn)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(dòng)。一般較小尺寸的壓縮機(jī)都采用這種方法。

　　風(fēng)冷換熱器

　　任何一個(gè)壓縮機(jī)機(jī)組都需要一個(gè)風(fēng)冷換熱器。如果機(jī)組建在野外的環(huán)境下（而不是建筑物內(nèi)），為了簡(jiǎn)便，風(fēng)冷換熱器總是安裝在機(jī)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(jī)組建在完全封閉的建筑物內(nèi)，那么風(fēng)冷換熱器通常會(huì)獨(dú)立于壓縮機(jī)機(jī)組。

　　冷卻器要冷卻有每一級(jí)排出的氣體、發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻劑和發(fā)動(dòng)機(jī)與壓縮機(jī)的潤(rùn)滑油，有時(shí)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(gè)由發(fā)動(dòng)機(jī)或者電動(dòng)機(jī)輔助驅(qū)動(dòng)的大風(fēng)扇，可以加速外界空氣在散熱片周圍的流動(dòng)。如果實(shí)際應(yīng)用需要的話，風(fēng)扇還可以促進(jìn)氣體在管道內(nèi)的流通。空氣冷卻器有很多類型，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(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。 它控制著壓縮機(jī)運(yùn)行的所有重要功能，包括壓縮機(jī)的啟動(dòng)、暫停、容量控制、安全警報(bào)和關(guān)機(jī)等功能。控制盤可以安裝在底座上（如圖1、6），也可以安裝在底座外（如圖2、4、5）。當(dāng)控制盤安裝在底座外時(shí)，可以減少機(jī)組運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和高溫對(duì)控制盤的影響，同時(shí)也能讓底座上的空間不過(guò)于擁擠，方便維修。