燃气驱动天然气压缩机厂房通风设计要点_付浩.pdf

综合技术付浩等：燃气驱动天然气压缩机厂房通风设计要点油气田地面工程 https:/燃气驱动天然气压缩机厂房通风设计要点付浩1雷文贤1张璐2赵青1李华山1李俊杰1王继强11长庆工程设计有限责任公司2新疆油田公司基本建设工程处摘要：压缩机增压提产是长庆油田天然气生产重要的地面工艺技术，燃气驱动天然气压缩机应用最为广泛。燃气驱动天然气压缩机在运行中产生热量大，而现行各类规范仅从安全角度提出通风要求，未对厂房内的排热做出明确的要求和指导。根据设备厂家提供的机组工况数据，对燃气驱动压缩机燃烧热量转化进行分析，发现燃烧热量主要转化为输出功、烟气热以及发动机散热。将天然气压缩近似看作绝热压缩过程，采用 Lee-Kesler（李-凯斯勒方程式）法计算两级压缩前后天然气焓值变化，得到压缩过程散热量。综合发动机散热和天然气压缩散热，得到不同工况下散入压缩机厂房内的热量，并计算所需的排风量及补风量。通过比较发现压缩机空冷器风量太大，应将排风直接导出室外，不宜直接排放到室内；经过举例计算，压缩机的输出功率会全部转化为热量散失；空冷器排风导出室外的情况下，压缩机厂房散热所需全面通风量仍然比安全所需通风量要大得多，设计中应同时计算取较大者。关键词：燃气驱动天然气压缩机；厂房；安全排风量；散热排风量；空冷器Key Points of Ventilation Design for Gas-driven Natural Gas Compressor PlantFU Hao1，LEI Wenxian1，ZHANG Lu2，ZHAO Qing1，LI Huashan1，LI Junjie1，WANG Jiqiang11Changqing Engineering Design Co.，Ltd.2Capital Construction Engineering Division of Xinjiang Oilfield CompanyAbstract：Compressor boosting is an important surface technology for natural gas production inChangqing Oilfield，and the gas-driven natural gas compressor is the most widely used.The gas-drivennatural gas compressor products a lot of heat in operation,but current design codes only put forwardventilation requirements on safety and do not make clear requirements for heat dissipation in the plant.According to the unit working condition data provided by the equipment manufacturer，the combus-tion heat conversion of gas-driven compressor is analyzed，and it is found that the combustion heat ismainly converted to output power，flue gas heat，and engine heat dissipation.The natural gas compres-sion is approximately regarded as an adiabatic compression process，the Lee-Kesler Method is used tocalculate the change of natural gas enthalpy value before and after two-stage compression to obtain theheat dissipation during the compression process.Combined with engine heat dissipation and natural gascompression heat dissipation，the heat dissipated into the compressor plant under different working con-ditions is obtained，and the required exhaust air volume and supplement air volume are calculated.Through comparison，it is found that the air volume of air cooler of the compressor is too large，andthe exhaust air should be directly exported to the outside rather than directly discharged to the indoor.Through example calculation，the output power of the compressor is completely converted into heatloss.When the exhaust air of the air cooler is exported to the outside，the overall ventilation requiredfor the heat dissipation of the compressor plant is still much larger than the ventilation required for safe-ty，so both value should be calculated in the design and the larger one should be taken.Keywords：gas-driven natural gas compressor；plant；ventilation for safety；ventilation for heat dissi-pation；air coolerDOI:10.3969/j.issn.1006-6896.2023.02.01692第 42卷第 02期（2023-02）油气田地面工程 https:/综合技术长庆油田是我国目前最大的地面油气田，2019年长庆油田天然气产量突破 4.121010m3，占国内天然气总产量的 25%。通过压缩机降低上游井口压力，提高气井产量，是长庆油田重要的地面生产工艺。目前长庆油田有天然气压缩机百余台，其中燃气驱动压缩机占据了大部分，根据国家对噪音排放的要求，需要建设大量的封闭厂房来隔绝治理压缩机噪音。但空间封闭给天然气压缩机带来了安全及运行方面的风险，一方面是天然气泄漏在厂房内积聚带来的安全风险；另一方面是机组排热导致室内温度过高带来的运行风险。对暖通专业而言，通风是应对以上两种风险的重要手段，但目前压缩机厂房通风设计往往只关注天然气安全方面的泄漏问题，很少关注机组排热问题，设计时直接给出热量值，缺少数据来源和依据，对设计工作的指导性不强。为此从天然气安全、压缩机组散热两个角度对燃气驱动压缩机厂房的通风设计开展讨论1-4。1燃气驱动压缩机及厂房条件天然气压缩机厂房的排风计算根据需求可以分天然气泄漏所需安全排风量要求及机组排热所需排风量要求，压缩机厂房的设计风量应同时满足两种排 风 的 需 求。以 长 庆 油 田 苏 里 格 气 田 采 用 的RTY1250M 型燃气驱动天然气压缩机组为例，夏季室外通风温度定为 27，分别对两种排风的计算进行探讨。1.1机组参数RTY1250M 型燃气驱动天然气压缩机组包含发动机、压缩机、空冷器、循环水系统、润滑油系统等设备。压缩机组主要参数见表 1，发动机工艺流程见图 1，压缩机示意图见图 2。1发动机缸套冷却水泵；2辅助冷却水泵；3润滑油冷却器；4发动机顶部水歧管；5发动机缸套恒温控制阀；6发动机缸套旁通管；7发动机缸套膨胀水箱；8辅助膨胀水箱；9发动机缸套冷却器；10辅助冷却器；11可选压缩机冷却器；12辅助电子恒温控制阀；13中间冷却器；14泄压排气阀；15增压涡轮；16防静电接地图 1燃气发动机工艺流程Fig.1 Process flow of gas engine图 2RTY1250M型天然气压缩机示意图Fig.2 Schematic diagram of RTY1250M natural gas compressor表 1天然气压缩机组主要技术参数Tab.1 Main technical parameters of natural gas compressor unit参数型号轴功率/kW转速/(rmin-1)吸气压力/MPa排气压力/MPa排气量/(104m3d-1)(标况)机身最大允许功率/kW行程/mm压缩缸缸径/mm润滑油散热量/kW额定功率/kW额定工况燃气耗率(m3h-1)额定工况耗机油率/(Lh-1)机组RTY1250M320320170170K611 1507001 2000.51.556.12051.5压缩机4CFC1 2002 300139.7320/17034.5发动机Waukesha VHP L7044GSI1 2001 2533170.22993综合技术付浩等：燃气驱动天然气压缩机厂房通风设计要点油气田地面工程 https:/1.2厂房情况压缩机厂房长 17 m，宽 15.5 m，净高 7 m，采用钢架结构，厂房外墙 0.9 m 以下采用砖砌，0.9 m以上采用轻钢结构。压缩机主体与空冷器一体成橇，安装在压缩机厂房内，缓冲罐侧一端面向外门，空冷器一端面向外墙。2通风设计2.1天然气泄漏所需安全排风量天然气压缩机厂房内存在突然泄漏大量危险性气体的爆炸风险，因此需要设置日常及事故状态的机械排风设施。通常设计中采用换气次数的方法确定房间的日常及事故通风量5-9。不同规范对天然气压缩机通风换气次数的要求如表 2所示。从表 2中可以看出不同规范对天然气压缩机房的换气次数要求基本一致，但对层高 6 m 以上房间的事故通风量计算方法有分歧。因天然气压缩机房内需考虑设备维修和保养，室内应设置桁吊，层高通常在 7 m 以上，这导致两种计算方法最终得到的结果差别较大。因此 石油天然气地面建设供暖通风与空气调节设计规范油田油气集输设计规范 定位与油田生产更为贴近，也更加严格，建议油气田建设的天然气压缩机房，事故通风设计总换气次数采用每日 10次常规通风加 8次全体积通风的计算结果。以 RTY1250M 型机组为例，压缩机房长17 m，宽 15.5 m、净 高 7 m，安 全 所 需 排 风 量为 30 566 m3/h，补 风 量 取 排 风 量 的 80%，为24 452.8 m3/h。2.2排热所需排风量天然气压缩机组运行会散发大量热量，若不及时排出，夏季容易引起室温过高，导致机组停机。现有的规范及产品手册中对机组的具体散热量和所需配套通风都没有明确的要求。根据查阅资料，燃驱压缩机散发热量可以分为发动机散热量和天然气压缩散热量两大部分。2.2.1发动机散热量天然气压缩机组散发热量主要来自发动机的燃烧热量、压缩机压缩气体放热以及机械传动过程中的功率损耗。机组在不同工况条件下各设备的实际运行参数和额定参数有一定的出入，通过查询压缩机及发动机设备说明书工况表，明确天然气压缩机部分工况条件（表 3）。表 3压缩机及发动机各工况数据Tab.3 Data of compressor and engine under various workingcon