專利名稱：一種整體往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)組壓縮端效率的測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對燃?xì)獍l(fā)動機(jī)與壓縮機(jī)共用一個機(jī)身、一根曲軸，且呈對稱布置的整體往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)組壓縮端效率的測試方法。
背景技術(shù)：
在石化企業(yè)生產(chǎn)中，特別是天然氣工業(yè)生產(chǎn)和輸送中，往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)作為一種常用的增壓及輸氣設(shè)備，其壓縮端能耗的利用及壓縮端的效率高低，直接關(guān)系著壓縮機(jī)是否節(jié)能、是否處于正常工作狀態(tài)，并沒有一種具體而準(zhǔn)確的測試方法和評價標(biāo)準(zhǔn)。理論上講，等溫壓縮情況下壓縮機(jī)功耗最省、終溫最低，絕熱壓縮情況下壓縮機(jī)功耗最大、終溫最高。但是，壓縮機(jī)在壓縮過程中是介于等溫壓縮和絕熱壓縮的一個多變壓縮過程，其受壓縮機(jī)壓縮介質(zhì)、工作環(huán)境等因素的影響較大?，F(xiàn)有壓縮機(jī)組壓縮端效率的計算方法與整體式壓縮機(jī)不符，不能真實反映整體式天然氣壓縮機(jī)的能耗狀況。因此提供一種整體往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)組壓縮端效率的測試方法，對石油化工行業(yè)往復(fù)式壓縮機(jī)的工況評價以及節(jié) 能降耗的判定具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能有效測試整體往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)壓縮端效率的方法，主要是指燃?xì)獍l(fā)動機(jī)與壓縮機(jī)共用一個機(jī)身、一根曲軸，呈對稱平衡分布的往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)組。整體往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)組是通過燃?xì)獍l(fā)動機(jī)把動力輸入到曲軸、再有曲軸帶動壓縮機(jī)活塞壓縮氣體做功。輸入壓縮端的軸功率N1包括壓縮機(jī)壓縮氣體指示功率Np、機(jī)械磨損損失功率、傳熱及泄漏損失的功率，壓縮機(jī)指示功率是指壓縮機(jī)單位時間內(nèi)壓縮天然氣的功率，故機(jī)組壓縮端的效率即為壓縮機(jī)壓縮氣體的指示功率Np與壓縮機(jī)軸功率N1之t匕。將壓縮機(jī)組現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)代入式(I)計算得機(jī)組壓縮端效率；
JsJTJt= ~—X 100 %I I式中，ητ-機(jī)組壓縮端效率，％ ;ΝΡ-多級壓縮指不功率之和，kW -壓縮機(jī)軸功率，kff ;該方法可用于多級壓縮機(jī)壓縮端效率的測試計算。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種整體往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)組壓縮端效率的測試方法，其特征是通過測試壓縮機(jī)組中壓縮天然氣氣質(zhì)組分及壓縮機(jī)工作載荷，得到機(jī)組各級壓縮指示功率和軸功率，然后由式(I)得到壓縮機(jī)組壓縮端的效率。本發(fā)明的測試方法及步驟是(I)壓縮天然氣氣質(zhì)分析，在壓縮機(jī)輸出端用密閉容器取適量天然氣進(jìn)行氣質(zhì)組分分析，得到壓縮天然氣氣質(zhì)分析報告。氣質(zhì)分析報告主要包含壓縮天然氣組分摩爾百分t匕、壓縮因子Z、硫化氫含量、二氧化碳含量、相對密度Se、臨界溫度rj、臨界壓力凡、空氣含量及總硫含量。
(3)壓縮機(jī)工作載荷測試，測試機(jī)組各級壓縮缸進(jìn)氣溫度Ty排氣溫度Tp進(jìn)氣壓力Pj1、排氣壓力Pj2及排氣量QjV。測試時壓縮機(jī)組儀表盤上有測試儀表的可以直接讀取進(jìn)氣/排氣溫度、進(jìn)氣/排氣壓力和壓縮機(jī)排氣量；機(jī)組儀表盤數(shù)據(jù)讀取不齊全的采用紅外測溫儀直接測取各級進(jìn)氣/排氣溫度，在預(yù)留孔處測試各級進(jìn)氣/排氣壓力，用超聲波流量計測試壓縮天然氣流量。將測試數(shù)據(jù)代入式(2)計算各級天然氣多變指數(shù)kj ；kj = cp/cv (2)式中，Cp-天然氣的定壓比熱容kj/ (kg · °C )、Cv-天然氣的定容比熱容kj/(kg · °C ) ο其中天然氣定壓比熱容cp、天然氣定容比熱容Cv由下式計算出；Cp ^hcp +C0p, Cv = Cp- Δ C
式中,C〗-天然氣在基準(zhǔn)壓力下的定壓比熱容,kj/(kg · °C ) ;Acp、Ac_真實氣體比熱容校正值，根據(jù)當(dāng)量對比壓力眾和當(dāng)量對比溫度^值從3￥八6637-2005附錄8、(的真實氣體比熱容校正圖中查取。其中基準(zhǔn)壓力下的定壓比熱容<由下式計算出
0 1.6870 + 0.001/' )/'式中，Tj2-第j級壓縮機(jī)天然氣排氣溫度，V ；SG-天然氣相對密度。當(dāng)量對比壓力凡、當(dāng)量對比溫度I；'由下式計算出；
r -I ^ /Pr= yp = /r式中，A -天然氣臨界壓力，MPa ；pJ2-第j級壓縮缸排氣壓力，MPa ；TJ2-第j級壓縮缸排氣溫度，K 天然氣臨界溫度，K。天然氣臨界壓力凡、臨界溫度7由氣質(zhì)分析報告測出。將測試數(shù)據(jù)代入式(3)計算出機(jī)組各級的指示功率，
k廠IN - = 16.745/7 g J [(-^) kj - 1]^^~^(3)
J71 JV kj - I p ,,2Z !式中，Pjl-第j級壓縮機(jī)天然氣進(jìn)氣壓力，MPa ；qJv-進(jìn)氣條件下壓縮機(jī)排量，m3/min JjlAj2-分別為進(jìn)氣/排氣條件下的氣體壓縮因子，計算方法可參照GB/T17747 ;k」-第j級的天然氣多變指數(shù)。多級壓縮機(jī)總指示功率Np即把各級指示功率Nw代數(shù)相加，即Np = Σ Npjo將測試數(shù)據(jù)代入式(4)、式(5)計算出壓縮機(jī)各級軸功率及效率Nij =(4)
η..
F1 ρ. ψη .=——^~[(^i) 1 -1] X100%( 5 J
Tji-Tji Pji式中，η」-往復(fù)式壓縮機(jī)第j級效率，％ Jjl-第j級壓縮機(jī)天然氣進(jìn)氣溫度，K;壓縮機(jī)總軸功率N1把各級軸功率Nij代數(shù)相加，即N1 = Σ Nijo
進(jìn)而由式(I)計算出往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)組壓縮端效率。本發(fā)明的有益效果是(1)本發(fā)明的測試方法簡便、安全，計算簡單，在壓縮機(jī)組進(jìn)行常規(guī)與巡檢檢查時均可進(jìn)行；(2)測試儀器簡單、操作方便、經(jīng)濟(jì)適用；(3)壓縮端能耗效率的計算可為壓縮機(jī)管理者對壓縮機(jī)運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)狀態(tài)提供評價標(biāo)準(zhǔn)，為機(jī)組能耗分析以及節(jié)能改造提供參考依據(jù)，也為天然氣工業(yè)高效、節(jié)能運(yùn)行提供一種判斷方法。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的測試方法做進(jìn)一步的說明。在對選定天然氣壓縮機(jī)組進(jìn)行測試之前需做好機(jī)組基礎(chǔ)資料的收集，包括井站名稱、設(shè)備型號、機(jī)組額定功率、額定轉(zhuǎn)速、壓縮級數(shù)、壓縮缸缸徑的大小、活塞行程、壓縮缸的單雙作用等。
對測試人員進(jìn)行安全教育，參加測試的人員應(yīng)經(jīng)過培訓(xùn)，持證上崗；測試過程中應(yīng)保證壓縮天然氣的各級壓力、溫度、流量等主要參數(shù)進(jìn)行同步測試，測試參數(shù)重復(fù)讀取三次以上，每10分鐘讀數(shù)一次，測取的各項參數(shù)以算術(shù)平均值進(jìn)行計算。基準(zhǔn)溫度20°C ;基準(zhǔn)壓力(絕對壓力):101. 3kPa。本發(fā)明測試方法具體測試步驟如下(I)壓縮天然氣氣質(zhì)組分分析，在壓縮機(jī)輸出端用密閉容器取適量壓縮氣體進(jìn)行天然氣氣質(zhì)組分分析，依據(jù)GB/T13610《天然氣的組成分析一氣相色譜法》要求，測得天然氣氣質(zhì)分析報告。報告內(nèi)容包括壓天然氣組分含量甲烷(m0l%)，乙烷(m0l%)，丙烷(mol%)，異丁烷(mol%);正丁烷(mol % )，異戊烷(mol % )，正戊烷(mol % )，己烷以上(moI % ), 二氧化碳(mol % ),氮(mol % ),氦(mol % ),氫(mol % )；以及重?zé)N總量(% )、壓縮因子、基低位發(fā)熱值(MJ/m3)、硫化氫(g/m3)、相對密度、臨界溫度(K)、臨界壓力(MPa)、空氣含量(％)、總硫含量(mg/m3)及水露點(diǎn)(V )。(2)壓縮機(jī)工作載荷測試，壓縮機(jī)工作載荷測試的內(nèi)容有各級壓縮缸進(jìn)氣溫度Ty排氣溫度Tp進(jìn)氣壓力Py排氣壓力Pp及壓縮機(jī)排量q#。具體測試步驟為I)單位時間壓縮天然氣量測試單位時間壓縮天然氣量應(yīng)直接錄取壓縮機(jī)計量儀表指示的壓縮天然氣氣量。如果壓縮機(jī)沒有配備壓縮天然氣氣量計量儀表，采用超聲波氣體流量計測試流量，測試位置應(yīng)選在進(jìn)氣管線直管段上，且直管段長度不少于所測管線的30倍管徑。測試時用超聲波流量計傳感器直接貼在管線直管段上，15min后測試流量計讀數(shù)，每隔IOmin讀取一次數(shù)據(jù)，取平均值作為計算數(shù)據(jù)。2)各級壓縮缸天然氣進(jìn)氣溫度/排氣溫度、進(jìn)氣壓力/排氣壓力測試對于機(jī)組各級壓縮缸進(jìn)氣/排氣溫度、進(jìn)氣/排氣壓力有監(jiān)測儀表的可直接讀取各級壓縮缸進(jìn)氣/排氣溫度，進(jìn)氣/排氣壓力。對于壓縮缸進(jìn)氣/排氣溫度監(jiān)測不齊全的壓縮機(jī)組可用紅外測溫儀對各級進(jìn)氣/排氣溫度測試。溫度測試的位置及壓力測試要求①各級壓縮缸進(jìn)氣溫度在緩沖罐之后壓縮缸之前的位置測取。②各級壓縮缸排氣溫度在壓縮缸之后緩沖罐之前的位置測取。③各級壓縮缸天然氣進(jìn)氣壓力直接錄取現(xiàn)場儀表指示數(shù)據(jù)。待機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定后15min開始測試，將上述數(shù)據(jù)每隔IOmin測試一次，測試三次以上，取平均值作為待計算數(shù)據(jù)記錄下來，完成整個測試流程。將測試數(shù)據(jù)代入式(2)計算各級天然氣多變指數(shù)kj。將測試數(shù)據(jù)代入式(3)計算出機(jī)組各級指示功率Nw ;多級壓縮機(jī)總指示功率Np為各級指示功率Nw代數(shù)和。將測試數(shù)據(jù)代入式(4)、式(5)計算出壓縮機(jī)各級軸功率Nij ;壓縮機(jī)總軸功率隊為各級軸功率NuR數(shù)和。通過測試并計算壓縮機(jī)組總軸功率N1和總指示功率Np后由式(I)得出往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)組壓縮端效率Πτ。實施例整體往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)組壓縮端效率測試計算實例I某井站機(jī)組壓縮端效率測試數(shù)據(jù) I. I某井站機(jī)組的測試數(shù)據(jù)包括壓縮天然氣氣質(zhì)分析大氣壓力95. 6kPa ’天然氣組分甲烷 97. 46mol %,乙烷 I. 23mol %,丙烷 O. 16mol %，異丁烷 O. 031mol % ;正丁烷 O. 023mol %,異戊烷 O. Ollmol %,正戊烷 O. 007mol %,己烷以上 O. 02mol %, 二氧化碳 O. 73mol %，氮 O. 27mol %，氦 O. Ollmol %，氫 O. 004mol %。壓縮因子 O. 998 ;相對密度0. 571 ;臨界溫度193. 2K ;臨界壓力4. 622Mpa ;空氣含量O. 05% ;天然氣摩爾質(zhì)量18.926kg/kmolοI. 2壓縮機(jī)工作載荷測試數(shù)據(jù)該壓縮機(jī)組為一級壓縮，壓縮機(jī)處理氣量9323m3/h(標(biāo))，壓縮機(jī)進(jìn)口溫度26°C，出口溫度92°C ;進(jìn)口壓力I. 18MPa，出口壓力2. 59MPa。2整體往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)組壓縮端效率計算2. I測試數(shù)據(jù)代入式(2)得天然氣多變指數(shù)kj (I)天然氣相對密度為Sc = 0.571。(2)基準(zhǔn)壓力下的定壓比熱容<
「 ， O 1.687(1 + 0.001/,)/S =/4^1
= 2.44(fc//kgO)(3)天然氣臨界壓力凡、臨界溫度J；' -.pc = 4.622MPa、T'c =193.2[。(4)當(dāng)量對比壓力/>〉、當(dāng)量對比溫度7；':Pr = Pj/p = ().56/',. == IbJ(5)天然氣的定壓比熱容值Cp、定容比熱容Cv經(jīng)查表并計算得Cp = 2. 54 (kj/kg · K), Cv = I. 95 (kj/kg · K)(6)把以上測試數(shù)據(jù)和計算結(jié)果代入式(2)得天然氣多變指數(shù)k k = Cp/Cv = I. 302. 2把第I級流量、進(jìn)氣/排氣壓力測試參數(shù)代入式(3)得壓縮機(jī)第I級指示功率Npi:JViil
k-I P1IZ1二 247.07(W)
壓縮機(jī)總的指示功率Np為Np =E Npj = 247. 07 (kff)2. 3把第I級進(jìn)氣/排氣溫度、進(jìn)氣/排氣壓力測試數(shù)據(jù)代入式(5)得往復(fù)式壓縮機(jī)第I級效率H1 :
權(quán)利要求
1.一種整體往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)組壓縮端效率的測試方法，其特征在于先在壓縮機(jī)輸出端用密閉容器取適量壓縮天然氣進(jìn)行氣質(zhì)組分分析，其氣質(zhì)組分分析報告包含天然氣氣質(zhì)組分摩爾百分比、壓縮因子Z、硫化氫含量、二氧化碳含量、相對密度Se、臨界溫度I、臨界壓力P空氣含量及總硫含量；然后在壓縮機(jī)組儀表盤上讀取各級進(jìn)氣溫度Ty排氣溫度Tp進(jìn)氣壓力Py排氣壓力Pp及壓縮機(jī)排量;再將測試數(shù)據(jù)代入h = cp/cv求出各級天然氣多變指數(shù)h，式中Cp為天然氣的定壓比熱容，由\ =Δ%+<計算，<為天然氣在基準(zhǔn)壓力下的定壓比熱容，由
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測試方法，其特征是上述ACp、Λc真實氣體比熱容校正值是根據(jù)當(dāng)量對比壓力P和當(dāng)量對比溫度^值從SY/T6637-2005附錄B、C的真實氣體比熱容校正圖中查取；當(dāng)量對比壓力 根據(jù)Λ計算，當(dāng)量對比溫度艮據(jù)乃= 計算，其中Py Pj2>Λ 為氣質(zhì)組分分析報告和壓縮機(jī)組儀表盤里獲取數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種整體往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)組壓縮端效率的測試方法，它能有效測試整體往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)組壓縮端的效率。其技術(shù)方案先在壓縮機(jī)輸出端取適量壓縮天然氣進(jìn)行氣質(zhì)組分分析；然后在壓縮機(jī)組儀表盤上讀取溫度、壓力、排量等參數(shù)，再根據(jù)上述測試數(shù)據(jù)求出各級天然氣多變指數(shù)，計算機(jī)組各級指示功率及總指示功率；其后計算往復(fù)式壓縮機(jī)第j級效率和第j級軸功率，由各級軸功率求得壓縮機(jī)總軸功率；最后根據(jù)求得的總指示功率NP和總軸功率NI，代入公式計算得壓縮機(jī)組壓縮端效率ηT。本發(fā)明的測試方法簡便、計算簡單，可用于往復(fù)式壓縮機(jī)的工況評價以及節(jié)能降耗效果的判定提供參考。
文檔編號F04B51/00GK102900660SQ20121041501
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者梁政, 董超群, 田家林, 鄧雄, 張梁, 李雙雙, 何虹鋼 申請人:西南石油大學(xué)