驱使油气流动的“心脏”

2024-12-01 16:11:00

根据科学家的估算,人体血管的总长度高达数万千米。那么,血液为何能够沿着这么长、这么细的血管连续不停地流遍全身呢?这要归功于心脏昼夜不停地跳动:心脏收缩时,压力升高,将血液从心脏射入动脉血管;心脏舒张时,压力降低,血液由静脉血管流回心脏;返回心脏的血液经加压后再流入血管,周而复始。

用于推动液体在管道中流动的设备叫,用于推动气体在管道中流动的设备叫压缩机。泵和压缩机犹如管道系统的心脏,也是管道系统最核心、最复杂的机械设备。虽然泵和压缩机的服务对象(或者说输送介质)泾渭分明,结构、形状等也存在较大区别,但二者的工作原理其实具有很多相同或相似之处。长输油气管道系统使用最为广泛的动力设备是离心泵和离心压缩机,同时,针对一些特殊站场或应用场景,螺杆泵、往复活塞式压缩机也较常见。

离心泵和离心压缩机是长输油气管道最重要的动力设备。国内外长输油气管道的动力设备,特别是干线管道和重要支线管道,几乎都选用离心式机组。其原因是离心式机组最适于在大排量、小压比、低黏度工况下工作,依靠叶轮高速旋转产生的离心力来输送流体,从上游吸入低压流体,向下游排出高压流体,使流体在管道中不停歇地向前流动。为了提高机组的过流增压能力,大型离心泵或离心压缩机通常由若干级(1个叶轮对应1级)串联而成,如离心压缩机一个气缸最多可达8~10级。

离心式机组工作原理为:从上游吸入低压流体,即在离心力的作用下,叶轮中心处的流体压力最低,可以连续从上游管道吸入低压流体;向下游排出高压流体,即流体在叶片作用下随叶轮高速旋转,并被高速甩向叶轮边缘和出口,使其压力、速度及温度都得到提高,随后进入扩压管减速、压缩,流体的动能变成压力能,向下游管道排出高压流体。

具有小排量、高压比特点的往复活塞式压缩机为储气库注气作业的主要动力设备。储气库是长输天然气管道系统的重要组成部分,在天然气保供与调峰方面具有不可替代的作用和优势。储气库主要利用枯竭油气藏、含水层、盐穴、废弃矿坑等地下空间建造,其运行压力远高于输气管道的运行压力。

往复活塞式压缩机工作原理:吸入过程是当活塞由顶部向下移动时,工作室内空间增大,压力下降,排出阀被关闭,吸入阀被打开,上游管道中的流体进入工作室;排出过程则是当活塞由底部向上移动时,工作室内流体被压缩,压力升高,吸入阀被关闭,排出阀被打开,高压流体进入下游管道。

适应于稠油或重油输送的螺杆泵。原油中的稠油或重油在常温下黏度非常高,离心泵入口的那点儿负压根本无法让稠油充分流入其中,这可咋办?没关系,有螺杆泵呢,其自吸能力超强,不仅高黏流体,哪怕是含固体颗粒的液体,统统不在话下。其工作原理是:螺杆(转子)与腔体内壁(定子)之间形成多个相对独立的小密封腔室,随着螺杆的连续转动,腔室内的液体便被不断地挤入下游隔壁腔室,直至排出泵体。

就能量而言,泵和压缩机只能实现能量转换,并不能产生能量。叶轮、螺杆、活塞等核心做功部件之所以能够不停旋转或往复运动,完全依靠原动机的驱动,如电动机、燃气轮机、内燃机等。同时,为了实现泵和压缩机的转速调节功能,有些应用场景还需要额外配置调速装置,如变频器、减速器等。因此,原动机+泵或压缩机+调速装置(非必选项),才是实现油气连续、平稳、灵活增压赋能的完整动力单元。

在选择原动机类型时,需要重点考虑设备运行所需能源的供应问题,包括配套设施投入成本、电力或燃料成本、供给充足性与稳定性等。随着中国电力基础设施日趋完善和工业用电优惠政策陆续出台,天然气长输管道更多选用的是电驱压缩机组,其维修维护相对简便。不过,考虑到天然气既是输送介质,又是重要的石化燃料,燃驱压缩机组也有较为广阔的应用市场。

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