专利名称：一种整体往复式天然气压缩机组压缩端效率的测试方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对燃气发动机与压缩机共用一个机身、一根曲轴，且呈对称布置的整体往复式天然气压缩机组压缩端效率的测试方法。
背景技术：
在石化企业生产中，特别是天然气工业生产和输送中，往复式天然气压缩机作为一种常用的增压及输气设备，其压缩端能耗的利用及压缩端的效率高低，直接关系着压缩机是否节能、是否处于正常工作状态，并没有一种具体而准确的测试方法和评价标准。理论上讲，等温压缩情况下压缩机功耗最省、终温最低，绝热压缩情况下压缩机功耗最大、终温最高。但是，压缩机在压缩过程中是介于等温压缩和绝热压缩的一个多变压缩过程，其受压缩机压缩介质、工作环境等因素的影响较大。现有压缩机组压缩端效率的计算方法与整体式压缩机不符，不能真实反映整体式天然气压缩机的能耗状况。因此提供一种整体往复式天然气压缩机组压缩端效率的测试方法，对石油化工行业往复式压缩机的工况评价以及节 能降耗的判定具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种能有效测试整体往复式天然气压缩机压缩端效率的方法，主要是指燃气发动机与压缩机共用一个机身、一根曲轴，呈对称平衡分布的往复式天然气压缩机组。整体往复式天然气压缩机组是通过燃气发动机把动力输入到曲轴、再有曲轴带动压缩机活塞压缩气体做功。输入压缩端的轴功率N1包括压缩机压缩气体指示功率Np、机械磨损损失功率、传热及泄漏损失的功率，压缩机指示功率是指压缩机单位时间内压缩天然气的功率，故机组压缩端的效率即为压缩机压缩气体的指示功率Np与压缩机轴功率N1之t匕。将压缩机组现场测试数据代入式(I)计算得机组压缩端效率；
JsJTJt= ~—X 100 %I I式中，ητ-机组压缩端效率，％ ;ΝΡ-多级压缩指不功率之和，kW -压缩机轴功率，kff ;该方法可用于多级压缩机压缩端效率的测试计算。本发明采用如下技术方案一种整体往复式天然气压缩机组压缩端效率的测试方法，其特征是通过测试压缩机组中压缩天然气气质组分及压缩机工作载荷，得到机组各级压缩指示功率和轴功率，然后由式(I)得到压缩机组压缩端的效率。本发明的测试方法及步骤是(I)压缩天然气气质分析，在压缩机输出端用密闭容器取适量天然气进行气质组分分析，得到压缩天然气气质分析报告。气质分析报告主要包含压缩天然气组分摩尔百分t匕、压缩因子Z、硫化氢含量、二氧化碳含量、相对密度Se、临界温度rj、临界压力凡、空气含量及总硫含量。
(3)压缩机工作载荷测试，测试机组各级压缩缸进气温度Ty排气温度Tp进气压力Pj1、排气压力Pj2及排气量QjV。测试时压缩机组仪表盘上有测试仪表的可以直接读取进气/排气温度、进气/排气压力和压缩机排气量；机组仪表盘数据读取不齐全的采用红外测温仪直接测取各级进气/排气温度，在预留孔处测试各级进气/排气压力，用超声波流量计测试压缩天然气流量。将测试数据代入式(2)计算各级天然气多变指数kj ；kj = cp/cv (2)式中，Cp-天然气的定压比热容kj/ (kg · °C )、Cv-天然气的定容比热容kj/(kg · °C ) ο其中天然气定压比热容cp、天然气定容比热容Cv由下式计算出；Cp ^hcp +C0p, Cv = Cp- Δ C
式中,C〗-天然气在基准压力下的定压比热容,kj/(kg · °C ) ;Acp、Ac_真实气体比热容校正值，根据当量对比压力众和当量对比温度^值从3￥八6637-2005附录8、(的真实气体比热容校正图中查取。其中基准压力下的定压比热容<由下式计算出
0 1.6870 + 0.001/' )/'式中，Tj2-第j级压缩机天然气排气温度，V ；SG-天然气相对密度。当量对比压力凡、当量对比温度I；'由下式计算出；
r -I ^ /Pr= yp = /r式中，A -天然气临界压力，MPa ；pJ2-第j级压缩缸排气压力，MPa ；TJ2-第j级压缩缸排气温度，K 天然气临界温度，K。天然气临界压力凡、临界温度7由气质分析报告测出。将测试数据代入式(3)计算出机组各级的指示功率，
k厂IN - = 16.745/7 g J [(-^) kj - 1]^^~^(3)
J71 JV kj - I p ,,2Z !式中，Pjl-第j级压缩机天然气进气压力，MPa ；qJv-进气条件下压缩机排量，m3/min JjlAj2-分别为进气/排气条件下的气体压缩因子，计算方法可参照GB/T17747 ;k」-第j级的天然气多变指数。多级压缩机总指示功率Np即把各级指示功率Nw代数相加，即Np = Σ Npjo将测试数据代入式(4)、式(5)计算出压缩机各级轴功率及效率Nij =(4)
η..
F1 ρ. ψη .=——^~[(^i) 1 -1] X100%( 5 J
Tji-Tji Pji式中，η」-往复式压缩机第j级效率，％ Jjl-第j级压缩机天然气进气温度，K;压缩机总轴功率N1把各级轴功率Nij代数相加，即N1 = Σ Nijo
进而由式(I)计算出往复式天然气压缩机组压缩端效率。本发明的有益效果是(1)本发明的测试方法简便、安全，计算简单，在压缩机组进行常规与巡检检查时均可进行；(2)测试仪器简单、操作方便、经济适用；(3)压缩端能耗效率的计算可为压缩机管理者对压缩机运行、经济状态提供评价标准，为机组能耗分析以及节能改造提供参考依据，也为天然气工业高效、节能运行提供一种判断方法。
具体实施例方式下面对本发明的测试方法做进一步的说明。在对选定天然气压缩机组进行测试之前需做好机组基础资料的收集，包括井站名称、设备型号、机组额定功率、额定转速、压缩级数、压缩缸缸径的大小、活塞行程、压缩缸的单双作用等。
对测试人员进行安全教育，参加测试的人员应经过培训，持证上岗；测试过程中应保证压缩天然气的各级压力、温度、流量等主要参数进行同步测试，测试参数重复读取三次以上，每10分钟读数一次，测取的各项参数以算术平均值进行计算。基准温度20°C ;基准压力(绝对压力):101. 3kPa。本发明测试方法具体测试步骤如下(I)压缩天然气气质组分分析，在压缩机输出端用密闭容器取适量压缩气体进行天然气气质组分分析，依据GB/T13610《天然气的组成分析一气相色谱法》要求，测得天然气气质分析报告。报告内容包括压天然气组分含量甲烷(m0l%)，乙烷(m0l%)，丙烷(mol%)，异丁烷(mol%);正丁烷(mol % )，异戊烷(mol % )，正戊烷(mol % )，己烷以上(moI % ), 二氧化碳(mol % ),氮(mol % ),氦(mol % ),氢(mol % )；以及重烃总量(% )、压缩因子、基低位发热值(MJ/m3)、硫化氢(g/m3)、相对密度、临界温度(K)、临界压力(MPa)、空气含量(％)、总硫含量(mg/m3)及水露点(V )。(2)压缩机工作载荷测试，压缩机工作载荷测试的内容有各级压缩缸进气温度Ty排气温度Tp进气压力Py排气压力Pp及压缩机排量q#。具体测试步骤为I)单位时间压缩天然气量测试单位时间压缩天然气量应直接录取压缩机计量仪表指示的压缩天然气气量。如果压缩机没有配备压缩天然气气量计量仪表，采用超声波气体流量计测试流量，测试位置应选在进气管线直管段上，且直管段长度不少于所测管线的30倍管径。测试时用超声波流量计传感器直接贴在管线直管段上，15min后测试流量计读数，每隔IOmin读取一次数据，取平均值作为计算数据。2)各级压缩缸天然气进气温度/排气温度、进气压力/排气压力测试对于机组各级压缩缸进气/排气温度、进气/排气压力有监测仪表的可直接读取各级压缩缸进气/排气温度，进气/排气压力。对于压缩缸进气/排气温度监测不齐全的压缩机组可用红外测温仪对各级进气/排气温度测试。温度测试的位置及压力测试要求①各级压缩缸进气温度在缓冲罐之后压缩缸之前的位置测取。②各级压缩缸排气温度在压缩缸之后缓冲罐之前的位置测取。③各级压缩缸天然气进气压力直接录取现场仪表指示数据。待机组运行稳定后15min开始测试，将上述数据每隔IOmin测试一次，测试三次以上，取平均值作为待计算数据记录下来，完成整个测试流程。将测试数据代入式(2)计算各级天然气多变指数kj。将测试数据代入式(3)计算出机组各级指示功率Nw ;多级压缩机总指示功率Np为各级指示功率Nw代数和。将测试数据代入式(4)、式(5)计算出压缩机各级轴功率Nij ;压缩机总轴功率队为各级轴功率NuR数和。通过测试并计算压缩机组总轴功率N1和总指示功率Np后由式(I)得出往复式天然气压缩机组压缩端效率Πτ。实施例整体往复式天然气压缩机组压缩端效率测试计算实例I某井站机组压缩端效率测试数据 I. I某井站机组的测试数据包括压缩天然气气质分析大气压力95. 6kPa ’天然气组分甲烷 97. 46mol %,乙烷 I. 23mol %,丙烷 O. 16mol %，异丁烷 O. 031mol % ;正丁烷 O. 023mol %,异戊烷 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 %，氢 O. 004mol %。压缩因子 O. 998 ;相对密度0. 571 ;临界温度193. 2K ;临界压力4. 622Mpa ;空气含量O. 05% ;天然气摩尔质量18.926kg/kmolοI. 2压缩机工作载荷测试数据该压缩机组为一级压缩，压缩机处理气量9323m3/h(标)，压缩机进口温度26°C，出口温度92°C ;进口压力I. 18MPa，出口压力2. 59MPa。2整体往复式天然气压缩机组压缩端效率计算2. I测试数据代入式(2)得天然气多变指数kj (I)天然气相对密度为Sc = 0.571。(2)基准压力下的定压比热容<
「 ， O 1.687(1 + 0.001/,)/S =/4^1
= 2.44(fc//kgO)(3)天然气临界压力凡、临界温度J；' -.pc = 4.622MPa、T'c =193.2[。(4)当量对比压力/>〉、当量对比温度7；':Pr = Pj/p = ().56/',. == IbJ(5)天然气的定压比热容值Cp、定容比热容Cv经查表并计算得Cp = 2. 54 (kj/kg · K), Cv = I. 95 (kj/kg · K)(6)把以上测试数据和计算结果代入式(2)得天然气多变指数k k = Cp/Cv = I. 302. 2把第I级流量、进气/排气压力测试参数代入式(3)得压缩机第I级指示功率Npi:JViil
k-I P1IZ1二 247.07(W)
压缩机总的指示功率Np为Np =E Npj = 247. 07 (kff)2. 3把第I级进气/排气温度、进气/排气压力测试数据代入式(5)得往复式压缩机第I级效率H1 :
权利要求
1.一种整体往复式天然气压缩机组压缩端效率的测试方法，其特征在于先在压缩机输出端用密闭容器取适量压缩天然气进行气质组分分析，其气质组分分析报告包含天然气气质组分摩尔百分比、压缩因子Z、硫化氢含量、二氧化碳含量、相对密度Se、临界温度I、临界压力P空气含量及总硫含量；然后在压缩机组仪表盘上读取各级进气温度Ty排气温度Tp进气压力Py排气压力Pp及压缩机排量;再将测试数据代入h = cp/cv求出各级天然气多变指数h，式中Cp为天然气的定压比热容，由\ =Δ%+<计算，<为天然气在基准压力下的定压比热容，由
2.根据权利要求I所述的测试方法，其特征是上述ACp、Λc真实气体比热容校正值是根据当量对比压力P和当量对比温度^值从SY/T6637-2005附录B、C的真实气体比热容校正图中查取；当量对比压力 根据Λ计算，当量对比温度艮据乃= 计算，其中Py Pj2>Λ 为气质组分分析报告和压缩机组仪表盘里获取数据。
全文摘要
本发明涉及一种整体往复式天然气压缩机组压缩端效率的测试方法，它能有效测试整体往复式天然气压缩机组压缩端的效率。其技术方案先在压缩机输出端取适量压缩天然气进行气质组分分析；然后在压缩机组仪表盘上读取温度、压力、排量等参数，再根据上述测试数据求出各级天然气多变指数，计算机组各级指示功率及总指示功率；其后计算往复式压缩机第j级效率和第j级轴功率，由各级轴功率求得压缩机总轴功率；最后根据求得的总指示功率NP和总轴功率NI，代入公式计算得压缩机组压缩端效率ηT。本发明的测试方法简便、计算简单，可用于往复式压缩机的工况评价以及节能降耗效果的判定提供参考。
文档编号F04B51/00GK102900660SQ20121041501
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者梁政, 董超群, 田家林, 邓雄, 张梁, 李双双, 何虹钢 申请人:西南石油大学