最新天然气压缩机系统设计设计

天然气压缩机系统设

计设计

1绪论

1.1引言

随着科学技术的飞速发展，人类与天然气的关系越来越密切。正如大家所知道的，天然气能源是一种十分干净，优质，方便，高效的能源。所以无论是直接燃烧，还是用来开车或发电，都将会受到人们的欢迎。经过测定，天然气的热效应和热值不仅高于煤炭的热值，而且也高于石油的。目前天然气消费在世界能源消费结构中的比重已达35%，成为仅次于石油的第二大能源。天然气广泛用于商业及民用热水器，燃灶具，制冷及采暖，也用于冶金，造纸，陶瓷，采石，玻璃等行业，还用于干燥脱水处理及废料燃烧

天然气汽车的一氧化碳，碳氢化合物与氮氧化合物的排放量都大大的低于汽油，柴油发电机的汽车，不磨损，不积碳，运营费用低，是一种新型环保的汽车，未来的发展前景非常可观。

1.2天然气压缩机的国内外研究现状

目前，国外天然气压缩机的主要生产厂家，主要集中在美国。以库伯公司，艾里尔公司，和德莱赛兰公司等为代表。生产的压缩机类型按其总体结构而言，可分为总体式和分体式两大系列。总体来看，目前国内生产的压缩机产品的供需情况是：一般用微型压缩机和往复式活塞压缩机，这两种压缩机的生产力都大于市场需要，快速发展的微型压缩机主要依赖于以出口为主的生产模式，工艺用的压缩机尽管有了较快的发展，但在其技术水平和制作能力，特别是在产品的性能稳定性，可靠性方面与国际先进水平有一定差距，不能满足国家重点工程建设的需要。目前车用天然气压缩机技术已日趋成熟，技术性能已达到国际水平，制造和生产的水平已接近国际水平。进口及国产的同类型压缩机性能与中国产压缩机的易损件寿命比进口的产品低，国产材料加工水平没有跟上是主要的原因。但进口压缩机的价格要给国产的压缩机的成套价格高52%，而且配件供应有保证。因此选用国产压缩机投资和运行维护费用比较低。

2 VW-7/3天然气压缩机的特点及应用

2.1天然气压缩机的构造原理：

天然气加气站用压缩机，构件主要包括电机、曲轴连杆机构、气缸、活塞。气体的压缩级数为三级或四级，连杆、气缸与活塞组成的列数为两列，同一列的不同级的气缸之间不设置平衡段缸且采用倒级差组合结构，每一列中的气缸填料与活塞环为自润滑材料环。与现有天然气加气站用压缩机相比，不仅

简化了结构，而且提高了压缩机运转的平稳性，降低了能耗，并可得到无油污染的压缩天然气。

2.2天然压缩机的特点:

1、采用德国曼内斯曼德马格公司技术，产品可靠性高。

2、气阀、活塞环等易损件采用国外先进产品，使用寿命达8000小时以上。

3、软启动，允许压缩机频繁启动和停机。

4、宽范围进气，适应范围广。

5、整体撬装结构，噪音低，易于城区安装，节省投资。

6、西门子PLC控制系统，自动化程度高，远程控制方便。

7、可以选择风冷、混冷、水冷三种冷却方式。产品可做的范围：排气量从0.2-40m/min 排气压力从0.2Mpa-25Mpa.

3压缩机概述

用来压缩气体借以提高气体压力的机械称为压缩机，也称“压气机”或“气泵”，一般提升压力小于0.2MPa时称作鼓风机，提升压力小于0.02MPa时称为通风机。根据压缩气体的原理，压缩机可分为“容积式”和“动力式”两大类。压缩机的种类和形式很多，不同压缩机的结构和特点差别很大，因而其适用的场合、性能、造价、尺寸重量等指标也相差甚远。

4压缩机的分类与命名

4.1按工作原理分类

按工作原理，压缩机可分为“容积式”和“动力式”两大类。容积式压缩机直接对一可变容积工作腔中的气体经行压缩，使该部分气体的容积缩小、压力提高，其特点是压缩机具有容积可周期变化的工作腔。容积式压缩机工作的理论基础是反映气体基本状态参数p、V、T关系的气体状态方程。动力式压缩机首先使气体流动速度提高，即增加气体分子的动能，然后使气流速度有序降低，使动能转化为压力能，与此同时气体容积也相应减小，其特点是压缩机具有驱使气体获得流动速度的叶轮。动力式压缩机在中国个别文献中称为“速度式”或“叶轮式”压缩机。动力式压缩机工作的理论基础是反映流体静压与动能守恒关系的流体力学伯努利方程。

4.2按排气压力分类

见表4-1，按排气压力分类时，压缩机的进气压力为大气压力或小于

0.2MPa。对于进气压力高于0.2MPa的压缩机，特称为“增压压缩机”，化工厂中常用的循环气压增机即为增压压缩机的一种。

表4-1 按排气压力对压缩机分类

资料来源：李云姜培正.过程流体机械[M].北京：化学工业出版社，2008.

4.3按压缩级数分类

在容积式压缩机中，每经过一次工作腔压缩后，气体便进入冷却器中进行一次冷却，这称为一级。而在动力式压缩机中，往往经过两次或两次以上叶轮压缩后，才进入冷却器进行冷却，把每进行一次冷却的数个压缩“级”合成为一

个“段”。在日本把容积式压缩机的“级”称为“段”，中国个别地区、个别文献受此影响，也把“级称为“段”。

单级压缩机——气体仅通过一次工作腔或叶轮压缩；

两级压缩机——气体顺次通过两次工作腔或叶轮压缩；

多级压缩机——气体顺次通过多次工作腔或叶轮压缩，相应通过几次便是几级压缩机。

4.4按功率大小分类

压缩机按功率大小分类见表4-2。

表4-2 压缩机按功率大小分类

资料来源：李云姜培正.过程流体机械[M].北京：化学工业出版社，2008. 4.5压缩机分类命名

压缩机按结构或工作特征分类和命名见表4-3.

表4-3 压缩机按结构或工作特征分类和命名

资料来源：李云姜培正.过程流体机械[M].北京：化学工业出版社，2008.

4.6压缩机的用途

压缩机的用途极为广泛，遍布工农业、交通运输业、国防甚至生活的各个领域。按照气体被压缩的目的，大致可区分为如下四类。

4.6.1动力用压缩机

利用压缩空气驱动各种工具和器械已经应用的非常广泛，如风镐、风钻、气力扳手、造型机、车辆制动、仪表控制等。纺织工业中利用压缩空气吹送纬线以替代梭子，食品和制药工业用压缩空气搅拌浆液，中大型发动机用压缩空气启动，高压空气爆破采煤，鱼雷发射，潜艇沉浮等，这些场合军需用到不同压力的压缩空气，具有安全、可靠、方便、洁净等优点。

4.6.2化工工艺用压缩机

在化学工业中将气体压力提高有利于化学反应的进行，提高反应速度和产率，并可相应减小设备尺寸，降低工程造价。如化肥生产中的合成氨工艺要使氢气和氮气早15～100MPa的压力下反应，尿素生产需要在21MPa下使二氧化碳和氨气产生化学反应，而由乙烯聚合生产塑料的工艺则需要高达280MPa的压力，石油加氢精炼则需要7～32MPa的压力。

4.6.3制冷和气体分离用压缩机

制冷设备中需要提高制冷剂的压力，以将其冷却成液态，这需要压缩机提供约1.5～12MPa的压力。在气体分离工业（如空气），需要用压缩机先将混合气体提高压力，然后进行冷却和膨胀降温并变成液态，最后利用不同组分沸点差将其蒸发分离。

4.6.4气体输送用压缩机

气体输送有输送管道和瓶装输送两种方式。气量大时由管道输送，此时压缩气体的目的是提高其体压力以克服流动过程中的管道阻力，并使较小的管径输送尽可能多的气体，如天然气的管道输送需要1～10MPa的压力。气量小时用容器装运，因容器一般体积有限所以为装运更多的气体，往往将充气压力定得高一些，如天然气汽车加气子站气体转运槽车的运输压力是20MPa，而燃料电池汽车车载氢气瓶的充装压力是35～70MPa。

5活塞式压缩机简介

活塞式压缩机的工作是气缸、气阀和在气缸中作往复运动的活塞所构成的工作容积不断变化来完成。如果不考虑活塞式压缩机实际工作中的容积损失和能量损失（即理想工作过程），则活塞式压缩机曲轴每旋转一周所完成的工作，可分为吸气、压缩和压缩过程、排气过程。

5.1活塞式压缩机分类

按压缩级数分类，有单级压缩和两级压缩。单级压缩机是指压缩过程中制冷剂蒸气由低压至高压只经过一次压缩。而所谓的两级压缩机，压缩过程中制冷剂蒸气由低压至高压要连续经过两次压缩。

按作用方式分类，有单作用压缩机和双作用压缩机。其制冷剂蒸气仅在活塞的一侧进行压缩，活塞往返一个行程，吸气排气各一次。而双作用压缩机制冷剂蒸气轮流在活塞两侧的气缸内进行压缩，活塞往返一个行程，吸、排气各

两次。所以同样大小的气缸，双作用压缩机的吸气量较单作用的大。但是由于双作用压缩机的结构较复杂，因而目前大都是采用单作用压缩机。

按制冷剂蒸气在气缸中的运动分类，有直流式和逆流式。所谓直流式是指制冷剂蒸气的运动从吸气到排气都沿同一个方向进行，而逆流式，吸气与排气时制冷剂蒸气的运动方向是相反的。从理论分析来看，直流式与逆流式相比，由于蒸气在气缸中温度及比容的变化较少，故直流式性能较好。但是由于直流式压缩机的进汽阀需装在活塞上，这样便相对增加了活塞的长度和重量，因而功的消耗就增加、检修也麻烦，所以目前生产的压缩机大都采用逆流式。

按气缸中心线的位置分类，有立式压缩机、卧式压缩机、Ｖ型、Ｗ型和Ｓ型压缩机等。立式压缩机气缸中心线呈垂直位置而卧式压缩机气缸中心线是水平的。Ｖ型、Ｗ型和Ｓ型是高速、多缸、现代型压缩机，其速度一般为960～1440转／分，气缸数目多为２、4、6、8 四种，其中，字母表示气缸的排列形式。

活塞式制冷压缩机，根据其结构特征，还可分为开启式、半封闭式和全封闭式三种。虽然构造各异，但它们之间也有许多共同之处，只是其结构特征不同。

开启式制冷压缩机的结构特征在于：压缩机的动力输入轴伸出机体外，通过联轴器或皮带轮与电动机联结，并在伸出处用轴封装置密封。目前，氨压缩机和容量较大的氟利昂压缩机都采用这种结构形式。

半封闭式制冷压缩机的结构特点是：压缩机与电动机共用一主轴，并共同组装于同一机壳内，但机壳为可拆式，其上开有各种工作孔用盖板密封。

全封闭式制冷压缩机的结构特点在于：压缩机与其驱动电动机共用一个主轴，二者组装在一个焊接成型的密封罩壳中。这种压缩机结构紧凑，密封性好，使用方便，振动小、噪音小，广泛使用在小型自动化制冷和空调装置中。

5.2活塞式压缩机工作原理

压缩机就是产生气体压力能的机器。它在国民经济各部门中已成为必不可少的关键设备。目前，需要高压的场合，多采用活塞式压缩机。如渤西油田陆上终端处理场所用的稳定气体压缩机为两列对称式活塞压缩机。

活塞式压缩机种类繁多，结构复杂，但基本结构大致相同：主要由机身，曲轴，连杆，活塞，汽缸和吸气阀，排气阀，十字头，滑道，活塞杆和填料函组成。

压缩机运转时，电动机带动曲轴作旋转运动，通过连杆使活塞作往复运动，曲轴旋转一周，活塞往复运动一次，气缸内相继实现吸气，压缩，排气的过程，即完成一个工作循环。