【壓縮機網(wǎng)】基于南海某大型氣田的實際工程需求，作者對多種工況下大型氣田外輸離心壓縮機進行選型設計進行分析說明。在壓縮機選型設計時考慮了實際配產(chǎn)的逐年流量和壓力以及z*大規(guī)模下的流量與壓力。同時，海洋平臺對機組的數(shù)量要求嚴格，過多的機組數(shù)量將導致平臺面積增大，采用較少的機組并滿足所有工況點的運行才是合理可行的選型方案。本文通過選型分析，論證了在減少機組數(shù)量的前提下，完成海上平臺外輸壓縮機組的合理與配置，機組選型兼顧了實際配產(chǎn)與設計規(guī)模，該方案不僅降低了項目投資，還使得機組在不同運行工況下保持較高的運行效率。
引言
南海是我國海上z*大的天然氣生產(chǎn)基地，隨著勘探開發(fā)技術進步和工作量進一步增加，預計未來南海天然氣儲量和生產(chǎn)能力將會快速增長。同時，隨著深水開發(fā)技術的不斷進步，越來越多的海上天然氣也將被開發(fā)出來[1]。2006年，在位于南海珠江口盆地深水區(qū)的某構造區(qū)塊獲得了重大天然氣發(fā)現(xiàn)，預測地質(zhì)儲量規(guī)模為1000×108～1500×108m3。該構造位置深1500m，這標志著我國海上油氣勘探作業(yè)領域?qū)崿F(xiàn)了由淺水向深水的跨越，也迎來了南海深水勘探的熱潮。目前,深水油氣田的勘探開發(fā)已成為世界跨國石油公司的投資熱點,而深水油氣勘探開發(fā)也將成為我國海上未來z*重要的領域之一[2] 。
該大型氣田離淺水區(qū)不到100km，因而應該采取水下井口的方式對該氣田進行開發(fā)（圖1） ：將開采出的油氣混合物通過管線沿陸坡輸送到淺海，在淺海區(qū)域建立固定平臺進行處理，再將天然氣輸送到陸地。這樣既可以加快油氣田的開采速度，又可以降低開發(fā)成本。
該模式已經(jīng)形成南海天然氣開發(fā)的主要模式，對于淺海區(qū)域的固定平臺，將作為深水天然氣輸往終端的加壓站，為深水天然氣的增壓輸送起到了至關重要的作用。此中轉(zhuǎn)增壓平臺的增壓工況既要考慮深水氣田開發(fā)的復雜性，又要為周邊其他氣田接入預留一定的能力，同時還需要考慮機組數(shù)量和重量對平臺面積及重量的影響，因此外輸壓縮機的設計極其復雜[3-4]。
配置原則
外輸氣壓縮機位于海洋平臺上，該平臺屬于天然氣中轉(zhuǎn)平臺，接收周邊各深水氣田的天然氣，如圖2所示。
按照目前的工藝設置，中轉(zhuǎn)平臺接收來自氣區(qū)1的天然氣（濕氣），進行脫水處理，同時接收來自氣區(qū)2的天然氣（干氣），兩者混合后經(jīng)增壓一同輸往陸上終端，此外，設計時還需要考慮預留氣區(qū)的接入。海洋平臺區(qū)別于陸上的一個重要因素是空間限制，采用較多的機組固然可以提高靈活性，但是會造成平臺面積過大，成本大增，因此本壓縮機的配置原則如下：
1）滿足工藝條件要求；
2）減少平臺壓縮機臺數(shù)，控制平臺設備重量（在海洋工程項目中，重量的控制是項目管理中極其重要的一項內(nèi)容，重量控制的好壞直接影響整個項目是否成功[5]）；
3）合理處理實際產(chǎn)量與預留之間的關系（實際產(chǎn)量與平臺預留規(guī)模存在較大的差異）；
4）提高機組運行效率、節(jié)能減排。
工況分析
由于氣田開發(fā)項目海上工程分兩期建設，一期設計規(guī)模為濕氣增壓80億方/年，干氣增壓100億方/年，二期建成后總設計規(guī)模達到濕氣增壓120億方/年，干氣增壓120億方/年[2]。但是初期投產(chǎn)時，氣區(qū)1和氣區(qū)2的實際產(chǎn)量只有50億方/年，長距離、多工況海上增壓系統(tǒng)的設計是本項目的主要任務。本中轉(zhuǎn)平臺的壓縮流程如圖3所示。
圖中流程1：
由于2013～2015年，深水氣田1濕氣登陸中心平臺壓力較高，約為7500kPa（G），因此，天然氣直接進入三甘醇脫水塔，經(jīng)三甘醇脫水后與來自氣田2的干氣匯合后，由干氣壓縮機增壓外輸。
圖中流程2：
從2016年開始，深水氣田1濕氣登陸中心平臺壓力降為2500kPa（G），此時，需設置濕氣壓縮機，天然氣經(jīng)濕氣壓縮機增壓后進入三甘醇脫水塔，再與來自氣田2的干氣匯合后，由干氣壓縮機增壓外輸。
圖中流程3：
預計從2019年開始，深水氣田1濕氣登陸中心平臺壓力將降為1000kPa（G）（與此同時產(chǎn)量也有所下降），此時需增設預增壓壓縮機，天然氣壓力被增壓升至2500kPa（G），然后進入濕氣壓縮機增壓，增壓后進入三甘醇脫水塔，再與來自氣田2的干氣匯合后，由干氣壓縮機增壓外輸。
由于濕氣壓縮機的壓比穩(wěn)定，只進行簡單流量分配即可，本文著重分析干氣壓縮機的選型設計，在干氣壓縮機的設計時必須考慮以上所有工況，其工況匯總?cè)缦拢簩嶋H配產(chǎn)的逐年氣量及外輸壓力；設計規(guī)模下的逐年氣量及外輸壓力。
本平臺設計時，外輸管道的管徑z*終確定為762mm，在外輸管道管徑確定的情況下，外輸壓力隨著輸氣量的增加而增加，通過計算得出，外輸氣量為50億方/年時，外輸壓力約為11.2MPa（G）；外輸氣量為100億方/年時，外輸壓力約為19.5MPa（G）；外輸氣量達到120億方/年時，外輸壓力將達到22.8MPa（G），可以看出，其外輸壓力增加了一倍以上。同時，在考慮實際配產(chǎn)時，還需要考慮逐年的變化量，在可以確定的投產(chǎn)氣量中，2021年，氣量將下降到31億方/年，此時的外輸壓力僅為8.9MPa（G）。實際配產(chǎn)的逐年輸氣量及外輸壓力見圖4所示，從圖中可以看出，壓比變化范圍為1.2～1.6；實際工況點與設計工況點的對比見圖5所示，點1表示實際配產(chǎn)時的輸氣量和外輸壓力，點2和3表示中間選取校核流量情況下的外輸氣量和外輸壓力（66億方/年和86億方/年），點4為設計規(guī)模達到100億方/年時的外輸氣量和外輸壓力，點5表示設計規(guī)模達到120億方/年時的外輸氣量和外輸壓力，從圖中可以看出，統(tǒng)籌考慮實際配產(chǎn)和設計規(guī)模時，其外輸壓力和壓比變化范圍過大，壓力從1.58變化到3.2。
本項目的難點在于，如何在滿足設計規(guī)模的條件下兼容z*小氣量要求。機組要求能夠滿足流量變化30～120億方/年的處理范圍，同時又對壓縮機的臺數(shù)有嚴格的限制，成為本項目的設計瓶頸[7] 。
選型分析
離心壓縮機都有一個可以保證壓縮機穩(wěn)定運行的工況范圍[8]。通常情況下，壓縮機的選型目標為：1)希望效率z*高；2)希望工況范圍覆蓋盡量大；3)希望有z*低的成本；4)希望設備數(shù)量z*少。事實上，無論從優(yōu)化的理論分析或是從實際設計考慮，這幾個目標是不可能同時達到z*優(yōu)的[9]。
本項目也是如此，壓縮機的選型原則和工況適應性是不能同時達到z*優(yōu)的，如果考慮選型原則，為了減少平臺面積，必須減少運行的機組數(shù)量；如果考慮工況的適應性，其運行工況點多，參數(shù)變化大，必須設置較多的機組，才能夠使機組在較高的效率點運行，并能覆蓋著所有工況點。本項目在與外方簽訂合同時，明確要求投產(chǎn)建造時，必須滿足一期的設計工況，即能夠達到100億方/年的壓縮能力，因此壓縮機的配置也必須能夠在該工況下運行[10]。
表1列出了逐年氣量變化情況下及設計工況下干氣壓縮機組的壓比及所需的總軸功率。
從表1中可以看成，干氣壓縮機壓比變化范圍太大，只能采用分級壓縮，或者更換機組及后期換芯的方式實現(xiàn)，針對兩種不同的配置方式，進行以下詳細比較。
1、方案一
由于壓比高，對干氣壓縮進行兩級壓縮配置。綜合一期、二期外輸壓力要求，充分照顧壓比均分原則，按干氣一級壓縮機進口壓力7.13MPa（G），出口19.5MPa（G）考慮，壓比2.71。干氣二級壓縮機進口壓力19.5MPa（G），出口22.8MPa（G），壓比1.17。
1.1 干氣一級壓縮機
單臺流量約為25億方/年。按功率均分，驅(qū)動器選擇10MW等級燃汽輪機。一期考慮設置5臺機組，滿足一期外輸流量100億方/年時，4臺機組運行，1臺備用。滿足z*初投產(chǎn)時，2臺機組運行，3臺備用。二期預留1臺相同規(guī)格的壓縮機，二期達到120億方/年規(guī)模時，5臺機組運行，1臺備用。
1.2 干氣二級壓縮機
干氣二級壓縮機為二期預留壓縮機組，當產(chǎn)量超過100億方/年時，需要設置干氣二級壓縮機，用來給干氣一級壓縮機出口干氣增壓。單臺流量約為120億方/年，共設置2臺，1用1備，驅(qū)動器選擇10MW等級燃機。
1.3 匯總
方案一中，一期需要配置5臺機組，驅(qū)動器規(guī)模約在10MW級別，二期需要設置3臺機組，驅(qū)動器規(guī)模約在10MW級別。同時還需配置2臺后期的預增壓壓縮機，即方案一壓縮機總共需要設置10臺壓縮機組，單臺機組規(guī)模約為10MW級別。
2、方案二
由于可見產(chǎn)量遠達不到一期及二期規(guī)模，因此，前期在壓縮機的配置上充分考慮目前實際的配產(chǎn)情況，并為后期預留一定的空間。
根據(jù)實際配產(chǎn)的情況，機組的軸功率較小，不到10MW，且2013年到2018年機組流量運行較為穩(wěn)定，在46～50億方/年，2019年到2022年流量穩(wěn)定在30億方/年上下。根據(jù)項目需要，50億方/年和66億方/年流量是項目投產(chǎn)后z*有可能實現(xiàn)的工況點，而86億方/年、100億方/年和120 億方/年是項目的關鍵設計點，因此保證這些流量點應具有較高的壓縮機效率和燃機負荷率。
綜合考慮流量、壓比及實際配產(chǎn)情況，考慮配置2大2小的組合方案，即2臺小機組（10MW）滿足實際配產(chǎn)的運行工況，且機組處于比較高效的運行區(qū)間，2臺大機組(25MW)能夠兼顧實際配產(chǎn)的運行，同時可以滿足100億方/年的外輸能力，此時需要增加1臺機組作為備用，二期產(chǎn)量能夠達到120億方/年時，將3臺大機組機芯進行更換，增加壓比，同時再增加1臺大機組作為備用，而2臺小機組將考慮作為濕氣預增壓使用。因此，方案二總共需要配置6臺壓縮機組，其中2臺為預增壓壓縮機。這種方案針對不同階段特點采用不同的壓縮機策略方案，z*大優(yōu)點是: 1) 資源配置合理: 前期按照實際配產(chǎn)進行配置，待氣量得到落實后進一步設置機組；2) 壓縮機臺數(shù)少。
3、選型結論
從分析結果可以看出，方案一和方案二各有優(yōu)缺點。
方案一機組適應范圍較廣，一期按規(guī)模設置的機組能夠滿足前6年的實際配產(chǎn)要求，且達到100億規(guī)模時不需更換機組。但是方案一有以下缺點；
1）由于按照100億方/年規(guī)模的外輸壓力設置一級壓縮機，其壓比高達2.71，當實際配產(chǎn)為50億方/年時，運行工況下，壓比只有1.56，使得機組處于低效工況下運行，燃機效率也較低，增加了平臺的能耗，在氣量得不到落實的情況下，機組將長期處于高能耗階段；
2）機組數(shù)量較多，機組數(shù)量達到了10臺，平臺占地面積較大，總重量較大，對平臺結構的影響較大，也造成平臺投資的增加；
3）一級壓縮機按照高壓頭設置，當流量小于50億方/年時，外輸壓頭降低，壓縮機無法正常運行，必須提高壓頭，然后降壓外輸。
方案二的優(yōu)點如下：
1）2臺小壓縮機組滿足實際配產(chǎn)需求，機組效率高，運行工況點好，機組占地空間小，待后期氣量落實后，2臺小壓縮機被4臺大壓縮機組替換，2臺小壓縮機組作為濕氣預增壓壓縮機使用；
2）2臺小機組工作范圍內(nèi)，壓比在1.51～1.57，換芯后壓比在1.20～1.30，運行工作點相對集中，機組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，逐年變化小，機組效率高；
3）4臺大機組在工作范圍內(nèi)，壓比在2.02～3.19，壓比在壓縮機可調(diào)范圍內(nèi)，運行較為穩(wěn)定，覆蓋工況多。能夠滿足后期不同流量及壓比的運行條件；
4） 該配置方案不僅減少了壓縮機臺數(shù)，而且有效的預防了在氣量得不到落實的情況下，一期盲目購買過多機組的風險。
其缺點為：
1）管線配置較為復雜；
2）一期氣量達到100億方/年運行時，需要更換機組，對平臺的改造較為復雜。
綜合比較來看，方案二在機組數(shù)量、投資及運行工況上均具有優(yōu)勢，且能夠同時滿足實際配產(chǎn)與設計規(guī)模的運行工況，小機組的運行效率較高，壓縮機處于高效區(qū)運行，只是在實現(xiàn)操作過程中需要進行更換機組和機芯，是能夠通過現(xiàn)場解決的，故推薦采用方案二作為干氣壓縮機配置方案，機組配置情況如圖6所示。
運行工況點分析
雖然方案二的機組數(shù)量z*少，但是由于機組的運行覆蓋范圍太廣，機組能否滿足所有工況點的運行條件，還需要進一步論證。根據(jù)z*終選擇的機組方案，對其運行的各工況點進行詳細分析，圖7為小機組和大機組的性能曲線圖，圖中下面左側(cè)的性能曲線為小機組性能曲線，上部的為大機組性能曲線。
如圖7所示，下部50億的點為實際配產(chǎn)流量下的運行點，此時，2臺小機組運行，單臺機組流量約為25億方/年；當產(chǎn)量為66億方/年時，小機組運行工況區(qū)間為圖中標志壓比為2.02的橫線（在小機組性能曲線內(nèi)），此時小機組流量區(qū)間約為25～29億方/年，同種工況下，大機組運行工況區(qū)間為圖中標志壓比為2.02的橫線（在大機組性能曲線內(nèi)），此時大機組流量區(qū)間約為37～41億方/年；當流量超過66億方/年時，需要新增1臺大壓縮機組，在校核點工況，即86億方/年工況下，2臺大機組運行，單臺機組流量約為43億方/年；在一期設計工況點2，即100億方/年產(chǎn)量時，2臺大壓縮機組運行，單臺流量約為50億方/年；在二期工況時，再新增1臺大壓縮機組，單臺機組流量約為40億方/年。
下面對在50億方/年工況下大機組給小機組備用的工況進行分析，如大壓縮機性能曲線所示，當大機組給小機組做備用時，考慮大機組在32億方/年的流量下運行，其外輸壓力約為11 200kPa（G），運行點將落在大壓縮機運行曲線內(nèi)，此時，小壓縮機的流量為18億方/年，也能夠正常運行。不過此時壓縮機運行點在運行曲線的邊緣，但仍能包含在曲線范圍內(nèi)，大機組轉(zhuǎn)速約為額定轉(zhuǎn)速的60%，小機組轉(zhuǎn)速約為額定轉(zhuǎn)速的70%。上述分析說明，在該工況下大機組可以給小機組作為備用。如果參數(shù)稍有變化，其運行點跳出性能曲線運行范圍，也可以通過節(jié)流或打回流的方式來實現(xiàn)備用。
通過分析，所選壓縮機在實際配產(chǎn)及設計工況下均可以正常運行，機組的運行情況匯總?cè)绫?所示。
結論
1）本文詳細分析了多工況下大型離心壓縮機的選型設計，結合工程實際應用，選擇出適合本項目的外輸天然氣壓縮機組配置方案；
2）對于實際配產(chǎn)與設計規(guī)模差距較大的外輸氣壓縮機選型設計，可采用大、小機組相結合的設計理念，充分利用小機組的便利性，提高機組運行效率，同時采用大機組作為補充，當氣量提升時，可切換到大機組運行。
參考文獻
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引言
南海是我國海上z*大的天然氣生產(chǎn)基地，隨著勘探開發(fā)技術進步和工作量進一步增加，預計未來南海天然氣儲量和生產(chǎn)能力將會快速增長。同時，隨著深水開發(fā)技術的不斷進步，越來越多的海上天然氣也將被開發(fā)出來[1]。2006年，在位于南海珠江口盆地深水區(qū)的某構造區(qū)塊獲得了重大天然氣發(fā)現(xiàn)，預測地質(zhì)儲量規(guī)模為1000×108～1500×108m3。該構造位置深1500m，這標志著我國海上油氣勘探作業(yè)領域?qū)崿F(xiàn)了由淺水向深水的跨越，也迎來了南海深水勘探的熱潮。目前,深水油氣田的勘探開發(fā)已成為世界跨國石油公司的投資熱點,而深水油氣勘探開發(fā)也將成為我國海上未來z*重要的領域之一[2] 。
該大型氣田離淺水區(qū)不到100km，因而應該采取水下井口的方式對該氣田進行開發(fā)（圖1） ：將開采出的油氣混合物通過管線沿陸坡輸送到淺海，在淺海區(qū)域建立固定平臺進行處理，再將天然氣輸送到陸地。這樣既可以加快油氣田的開采速度，又可以降低開發(fā)成本。
該模式已經(jīng)形成南海天然氣開發(fā)的主要模式，對于淺海區(qū)域的固定平臺，將作為深水天然氣輸往終端的加壓站，為深水天然氣的增壓輸送起到了至關重要的作用。此中轉(zhuǎn)增壓平臺的增壓工況既要考慮深水氣田開發(fā)的復雜性，又要為周邊其他氣田接入預留一定的能力，同時還需要考慮機組數(shù)量和重量對平臺面積及重量的影響，因此外輸壓縮機的設計極其復雜[3-4]。
配置原則
外輸氣壓縮機位于海洋平臺上，該平臺屬于天然氣中轉(zhuǎn)平臺，接收周邊各深水氣田的天然氣，如圖2所示。
按照目前的工藝設置，中轉(zhuǎn)平臺接收來自氣區(qū)1的天然氣（濕氣），進行脫水處理，同時接收來自氣區(qū)2的天然氣（干氣），兩者混合后經(jīng)增壓一同輸往陸上終端，此外，設計時還需要考慮預留氣區(qū)的接入。海洋平臺區(qū)別于陸上的一個重要因素是空間限制，采用較多的機組固然可以提高靈活性，但是會造成平臺面積過大，成本大增，因此本壓縮機的配置原則如下：
1）滿足工藝條件要求；
2）減少平臺壓縮機臺數(shù)，控制平臺設備重量（在海洋工程項目中，重量的控制是項目管理中極其重要的一項內(nèi)容，重量控制的好壞直接影響整個項目是否成功[5]）；
3）合理處理實際產(chǎn)量與預留之間的關系（實際產(chǎn)量與平臺預留規(guī)模存在較大的差異）；
4）提高機組運行效率、節(jié)能減排。
工況分析
由于氣田開發(fā)項目海上工程分兩期建設，一期設計規(guī)模為濕氣增壓80億方/年，干氣增壓100億方/年，二期建成后總設計規(guī)模達到濕氣增壓120億方/年，干氣增壓120億方/年[2]。但是初期投產(chǎn)時，氣區(qū)1和氣區(qū)2的實際產(chǎn)量只有50億方/年，長距離、多工況海上增壓系統(tǒng)的設計是本項目的主要任務。本中轉(zhuǎn)平臺的壓縮流程如圖3所示。
圖中流程1：
由于2013～2015年，深水氣田1濕氣登陸中心平臺壓力較高，約為7500kPa（G），因此，天然氣直接進入三甘醇脫水塔，經(jīng)三甘醇脫水后與來自氣田2的干氣匯合后，由干氣壓縮機增壓外輸。
圖中流程2：
從2016年開始，深水氣田1濕氣登陸中心平臺壓力降為2500kPa（G），此時，需設置濕氣壓縮機，天然氣經(jīng)濕氣壓縮機增壓后進入三甘醇脫水塔，再與來自氣田2的干氣匯合后，由干氣壓縮機增壓外輸。
圖中流程3：
預計從2019年開始，深水氣田1濕氣登陸中心平臺壓力將降為1000kPa（G）（與此同時產(chǎn)量也有所下降），此時需增設預增壓壓縮機，天然氣壓力被增壓升至2500kPa（G），然后進入濕氣壓縮機增壓，增壓后進入三甘醇脫水塔，再與來自氣田2的干氣匯合后，由干氣壓縮機增壓外輸。
由于濕氣壓縮機的壓比穩(wěn)定，只進行簡單流量分配即可，本文著重分析干氣壓縮機的選型設計，在干氣壓縮機的設計時必須考慮以上所有工況，其工況匯總?cè)缦拢簩嶋H配產(chǎn)的逐年氣量及外輸壓力；設計規(guī)模下的逐年氣量及外輸壓力。
本平臺設計時，外輸管道的管徑z*終確定為762mm，在外輸管道管徑確定的情況下，外輸壓力隨著輸氣量的增加而增加，通過計算得出，外輸氣量為50億方/年時，外輸壓力約為11.2MPa（G）；外輸氣量為100億方/年時，外輸壓力約為19.5MPa（G）；外輸氣量達到120億方/年時，外輸壓力將達到22.8MPa（G），可以看出，其外輸壓力增加了一倍以上。同時，在考慮實際配產(chǎn)時，還需要考慮逐年的變化量，在可以確定的投產(chǎn)氣量中，2021年，氣量將下降到31億方/年，此時的外輸壓力僅為8.9MPa（G）。實際配產(chǎn)的逐年輸氣量及外輸壓力見圖4所示，從圖中可以看出，壓比變化范圍為1.2～1.6；實際工況點與設計工況點的對比見圖5所示，點1表示實際配產(chǎn)時的輸氣量和外輸壓力，點2和3表示中間選取校核流量情況下的外輸氣量和外輸壓力（66億方/年和86億方/年），點4為設計規(guī)模達到100億方/年時的外輸氣量和外輸壓力，點5表示設計規(guī)模達到120億方/年時的外輸氣量和外輸壓力，從圖中可以看出，統(tǒng)籌考慮實際配產(chǎn)和設計規(guī)模時，其外輸壓力和壓比變化范圍過大，壓力從1.58變化到3.2。
本項目的難點在于，如何在滿足設計規(guī)模的條件下兼容z*小氣量要求。機組要求能夠滿足流量變化30～120億方/年的處理范圍，同時又對壓縮機的臺數(shù)有嚴格的限制，成為本項目的設計瓶頸[7] 。
選型分析
離心壓縮機都有一個可以保證壓縮機穩(wěn)定運行的工況范圍[8]。通常情況下，壓縮機的選型目標為：1)希望效率z*高；2)希望工況范圍覆蓋盡量大；3)希望有z*低的成本；4)希望設備數(shù)量z*少。事實上，無論從優(yōu)化的理論分析或是從實際設計考慮，這幾個目標是不可能同時達到z*優(yōu)的[9]。
本項目也是如此，壓縮機的選型原則和工況適應性是不能同時達到z*優(yōu)的，如果考慮選型原則，為了減少平臺面積，必須減少運行的機組數(shù)量；如果考慮工況的適應性，其運行工況點多，參數(shù)變化大，必須設置較多的機組，才能夠使機組在較高的效率點運行，并能覆蓋著所有工況點。本項目在與外方簽訂合同時，明確要求投產(chǎn)建造時，必須滿足一期的設計工況，即能夠達到100億方/年的壓縮能力，因此壓縮機的配置也必須能夠在該工況下運行[10]。
表1列出了逐年氣量變化情況下及設計工況下干氣壓縮機組的壓比及所需的總軸功率。
從表1中可以看成，干氣壓縮機壓比變化范圍太大，只能采用分級壓縮，或者更換機組及后期換芯的方式實現(xiàn)，針對兩種不同的配置方式，進行以下詳細比較。
1、方案一
由于壓比高，對干氣壓縮進行兩級壓縮配置。綜合一期、二期外輸壓力要求，充分照顧壓比均分原則，按干氣一級壓縮機進口壓力7.13MPa（G），出口19.5MPa（G）考慮，壓比2.71。干氣二級壓縮機進口壓力19.5MPa（G），出口22.8MPa（G），壓比1.17。
1.1 干氣一級壓縮機
單臺流量約為25億方/年。按功率均分，驅(qū)動器選擇10MW等級燃汽輪機。一期考慮設置5臺機組，滿足一期外輸流量100億方/年時，4臺機組運行，1臺備用。滿足z*初投產(chǎn)時，2臺機組運行，3臺備用。二期預留1臺相同規(guī)格的壓縮機，二期達到120億方/年規(guī)模時，5臺機組運行，1臺備用。
1.2 干氣二級壓縮機
干氣二級壓縮機為二期預留壓縮機組，當產(chǎn)量超過100億方/年時，需要設置干氣二級壓縮機，用來給干氣一級壓縮機出口干氣增壓。單臺流量約為120億方/年，共設置2臺，1用1備，驅(qū)動器選擇10MW等級燃機。
1.3 匯總
方案一中，一期需要配置5臺機組，驅(qū)動器規(guī)模約在10MW級別，二期需要設置3臺機組，驅(qū)動器規(guī)模約在10MW級別。同時還需配置2臺后期的預增壓壓縮機，即方案一壓縮機總共需要設置10臺壓縮機組，單臺機組規(guī)模約為10MW級別。
2、方案二
由于可見產(chǎn)量遠達不到一期及二期規(guī)模，因此，前期在壓縮機的配置上充分考慮目前實際的配產(chǎn)情況，并為后期預留一定的空間。
根據(jù)實際配產(chǎn)的情況，機組的軸功率較小，不到10MW，且2013年到2018年機組流量運行較為穩(wěn)定，在46～50億方/年，2019年到2022年流量穩(wěn)定在30億方/年上下。根據(jù)項目需要，50億方/年和66億方/年流量是項目投產(chǎn)后z*有可能實現(xiàn)的工況點，而86億方/年、100億方/年和120 億方/年是項目的關鍵設計點，因此保證這些流量點應具有較高的壓縮機效率和燃機負荷率。
綜合考慮流量、壓比及實際配產(chǎn)情況，考慮配置2大2小的組合方案，即2臺小機組（10MW）滿足實際配產(chǎn)的運行工況，且機組處于比較高效的運行區(qū)間，2臺大機組(25MW)能夠兼顧實際配產(chǎn)的運行，同時可以滿足100億方/年的外輸能力，此時需要增加1臺機組作為備用，二期產(chǎn)量能夠達到120億方/年時，將3臺大機組機芯進行更換，增加壓比，同時再增加1臺大機組作為備用，而2臺小機組將考慮作為濕氣預增壓使用。因此，方案二總共需要配置6臺壓縮機組，其中2臺為預增壓壓縮機。這種方案針對不同階段特點采用不同的壓縮機策略方案，z*大優(yōu)點是: 1) 資源配置合理: 前期按照實際配產(chǎn)進行配置，待氣量得到落實后進一步設置機組；2) 壓縮機臺數(shù)少。
3、選型結論
從分析結果可以看出，方案一和方案二各有優(yōu)缺點。
方案一機組適應范圍較廣，一期按規(guī)模設置的機組能夠滿足前6年的實際配產(chǎn)要求，且達到100億規(guī)模時不需更換機組。但是方案一有以下缺點；
1）由于按照100億方/年規(guī)模的外輸壓力設置一級壓縮機，其壓比高達2.71，當實際配產(chǎn)為50億方/年時，運行工況下，壓比只有1.56，使得機組處于低效工況下運行，燃機效率也較低，增加了平臺的能耗，在氣量得不到落實的情況下，機組將長期處于高能耗階段；
2）機組數(shù)量較多，機組數(shù)量達到了10臺，平臺占地面積較大，總重量較大，對平臺結構的影響較大，也造成平臺投資的增加；
3）一級壓縮機按照高壓頭設置，當流量小于50億方/年時，外輸壓頭降低，壓縮機無法正常運行，必須提高壓頭，然后降壓外輸。
方案二的優(yōu)點如下：
1）2臺小壓縮機組滿足實際配產(chǎn)需求，機組效率高，運行工況點好，機組占地空間小，待后期氣量落實后，2臺小壓縮機被4臺大壓縮機組替換，2臺小壓縮機組作為濕氣預增壓壓縮機使用；
2）2臺小機組工作范圍內(nèi)，壓比在1.51～1.57，換芯后壓比在1.20～1.30，運行工作點相對集中，機組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，逐年變化小，機組效率高；
3）4臺大機組在工作范圍內(nèi)，壓比在2.02～3.19，壓比在壓縮機可調(diào)范圍內(nèi)，運行較為穩(wěn)定，覆蓋工況多。能夠滿足后期不同流量及壓比的運行條件；
4） 該配置方案不僅減少了壓縮機臺數(shù)，而且有效的預防了在氣量得不到落實的情況下，一期盲目購買過多機組的風險。
其缺點為：
1）管線配置較為復雜；
2）一期氣量達到100億方/年運行時，需要更換機組，對平臺的改造較為復雜。
綜合比較來看，方案二在機組數(shù)量、投資及運行工況上均具有優(yōu)勢，且能夠同時滿足實際配產(chǎn)與設計規(guī)模的運行工況，小機組的運行效率較高，壓縮機處于高效區(qū)運行，只是在實現(xiàn)操作過程中需要進行更換機組和機芯，是能夠通過現(xiàn)場解決的，故推薦采用方案二作為干氣壓縮機配置方案，機組配置情況如圖6所示。
運行工況點分析
雖然方案二的機組數(shù)量z*少，但是由于機組的運行覆蓋范圍太廣，機組能否滿足所有工況點的運行條件，還需要進一步論證。根據(jù)z*終選擇的機組方案，對其運行的各工況點進行詳細分析，圖7為小機組和大機組的性能曲線圖，圖中下面左側(cè)的性能曲線為小機組性能曲線，上部的為大機組性能曲線。
如圖7所示，下部50億的點為實際配產(chǎn)流量下的運行點，此時，2臺小機組運行，單臺機組流量約為25億方/年；當產(chǎn)量為66億方/年時，小機組運行工況區(qū)間為圖中標志壓比為2.02的橫線（在小機組性能曲線內(nèi)），此時小機組流量區(qū)間約為25～29億方/年，同種工況下，大機組運行工況區(qū)間為圖中標志壓比為2.02的橫線（在大機組性能曲線內(nèi)），此時大機組流量區(qū)間約為37～41億方/年；當流量超過66億方/年時，需要新增1臺大壓縮機組，在校核點工況，即86億方/年工況下，2臺大機組運行，單臺機組流量約為43億方/年；在一期設計工況點2，即100億方/年產(chǎn)量時，2臺大壓縮機組運行，單臺流量約為50億方/年；在二期工況時，再新增1臺大壓縮機組，單臺機組流量約為40億方/年。
下面對在50億方/年工況下大機組給小機組備用的工況進行分析，如大壓縮機性能曲線所示，當大機組給小機組做備用時，考慮大機組在32億方/年的流量下運行，其外輸壓力約為11 200kPa（G），運行點將落在大壓縮機運行曲線內(nèi)，此時，小壓縮機的流量為18億方/年，也能夠正常運行。不過此時壓縮機運行點在運行曲線的邊緣，但仍能包含在曲線范圍內(nèi)，大機組轉(zhuǎn)速約為額定轉(zhuǎn)速的60%，小機組轉(zhuǎn)速約為額定轉(zhuǎn)速的70%。上述分析說明，在該工況下大機組可以給小機組作為備用。如果參數(shù)稍有變化，其運行點跳出性能曲線運行范圍，也可以通過節(jié)流或打回流的方式來實現(xiàn)備用。
通過分析，所選壓縮機在實際配產(chǎn)及設計工況下均可以正常運行，機組的運行情況匯總?cè)绫?所示。
結論
1）本文詳細分析了多工況下大型離心壓縮機的選型設計，結合工程實際應用，選擇出適合本項目的外輸天然氣壓縮機組配置方案；
2）對于實際配產(chǎn)與設計規(guī)模差距較大的外輸氣壓縮機選型設計，可采用大、小機組相結合的設計理念，充分利用小機組的便利性，提高機組運行效率，同時采用大機組作為補充，當氣量提升時，可切換到大機組運行。
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