卢二凯 赵林桂
广州发展集团股份有限公司，广东广州，510000
摘要：可燃冰采出气储运及应用是可燃冰产业化发展的重要一环，采出气的预处理是其关键核心技术。本文通过对采出气预处理技术所涉及的压缩技术进行研究分析，模拟计算其压缩功耗，为可燃冰采出气预处理工艺选择和设备选型提供依据。
关键词： 可燃冰；预处理；压缩功耗
1.前言
天然气水合物（又称“可燃冰”）因具有储量大、能量密度高、清洁无污染的特点，被认为是21世纪最具有潜力的清洁能源，是未来全球能源发展的战略制高点。目前可燃冰的试采工作已取得较大突破，可燃冰开发利用产业化发展已提上日程，作为其产业链关键环节的储运及应用技术亟待研究攻克，主要包括可燃冰采出气的预处理、海上装卸储运和终端接收应用三个环节，本文着重从可燃冰采出气的预处理技术进行分析研究。
2.预处理技术的选择
可燃冰资源主要赋存于海洋深水区（占比达97%），其采出气的主要成分为甲烷，采出后需经过净化、压缩/液化等加工处理后，传输至储运设施，运送至下游用户。
目前世界上的海上气田的主要开发模式包括水下生产系统+ 浮式生产储卸装置( FPSO) + 海底管道+ 陆上终端”传统的半海半陆开发工程模式和FLNG工程模式，但是可燃冰作为一种深远海气田资源开发环境严峻、距离海岸远、周边无依托设施，现阶段开采效率较低，产气量少，采用上述两种工程模式将面临技术难度大、建设周期长、投资巨大、风险程度高的问题，其天然气年产量超过百万吨，储运规模大，适宜于较大规模的气田开采，用于目前可燃冰的开发将会造成极大资源浪费，技术可行性低、经济效益差；天然气吸附储运（ANG）、天然气水合储运（NGH）模式因技术尚不成熟，多处于试验研究阶段，不具备工业化生产水平；而天然气压缩储运（CNG）因其工艺流程简单，设备规模小，投资成本低，技术成熟，适用于小规模近海气田开发利用，针对可燃冰采出气的储运及应用具有较强的适用性。CNG储运的核心技术为天然气压缩系统，故本文拟通过对压缩系统能耗的研究计算来分析其技术可行性和经济适用性。
3.压缩功率计算
3.1实际功率计算模型
天然气压缩常采用往复式压缩机，以单级活塞式压气机为例，其实际气体的压缩指示功率可用下式表达：
.png)
容积系数λV反映压缩机中余隙容积对输气量的影响。其计算公式为
.png)
压力系数λP反映压缩机吸气压力损失对输气量的影响，一般按照经验来确定，取值范围通常在0.95～0.98之间，因模拟高压进出气，压力损失较大，故本模型取值0.95。
温度系数λT反映了气体余热对输气量的影响，图1 为温度系数取值图[4]，天然气作为绝热指数较小的多原子气体，可按照压缩机名义压比在Ⅰ区进行曲线拟合，取得温度系数值。
泄露系数是指压缩机气阀、填料等密封不严导致的气体泄漏对输气量的影响程度。一般取经验值0.90～0.98之间，鉴于目前压缩机制造技术已十分成熟，密封效果良好，故泄露系数取值0.98.
考虑到压缩机吸气及排气过程会有气阀、通道、中间冷却器和分离器造成的阻力损失，实际的吸、排气压力不等于名义吸、排气压力，其计算公示如下[5]：
.png)
将相关参数分别带入式（2）～（6），并查阅《往复活塞压缩机》（郁永章）求取相关系数，计算结果如下：
理论输气量Vn=0.0345m3/s，容积系数λV=0.7，实际进气压力p1ˊ=9.7MPa,实际排气压力p2ˊ=20.8MPa，进气压力下压缩系数Z1=0.85，排气压力下压缩系数Z2=0.86。
将上述结果带入式（1），算的指示功率Ni=77.41kW。
以每天24h工作时间，电费0.6元计算，天然气的压缩比功耗约为0.011元/m3。
4.结语
可燃冰采出气预处理技术是可燃冰开发利用的关键一环，其技术可行性、经济性、安全性研究是推动可燃冰工业化发展的基础，采用本文所建立的往复活塞式压缩机功率计算模型，能够对天然气的预处理成本进行有效地测算，可以通过能耗评价分析，指导预处理工艺设计及设备改造，提高运行效率，降低压缩成本，为形成集成度高、安全性强、经济效益好的可燃冰采出气的预处理方案提供理论支撑。
参考文献：
1.韩绿霞．活塞式压缩机计算方法的研究[D]．郑州：郑州大学，2005
2.贺元成，兰芳，郑国君．活塞式压缩机设计计算系统的开发研究[J]． 四川轻化工学院学报， 2003， 16 （2）：
16-20．
3.姬忠礼， 邓志安， 赵会军． 泵和压缩机[M]． 2 版． 北京： 石油工业出版社，2015： 195-248．
4.郁永章. 《往复活塞压缩机》[M]．
5.张湘亚，陈弘．石油化工流体机械[M]．北京： 石油大学出版社，1996： 235-364．