一种适用于超临界二氧化碳压缩系统的气启方法

摘要

本发明公开了一种适用于超临界二氧化碳压缩系统的气启方法，属于气体压缩技术领域，包括如下步骤：通过控制清洗阀的开闭将系统内的气体压力维持在0.2‑0.5Mpa，并在此条件下顺序的进行清洗、预润滑和暖机操作，暖机结束后分阶段将系统内压力升至额定进气压力，再进行加载。本发明的超临界二氧化碳压缩系统在0.2‑0.5Mpa的低压环境下进行清洗预润滑后再启动，避免高压环境启动电机造成压缩机的精密零件磨损；清洗时长设置合理，确保彻底清洗的同时避免清洗时间过长浪费启动时间。

说明书

技术领域

本发明涉及气体压缩领域，更具体的是涉及一种适用于超临界二氧化碳压缩系统的气启方法。

背景技术

CO₂通常状况下是一种无色、无臭、无味无毒的气体，能溶于水，在25℃溶解度为0.144g/100g水，密度约为空气的1.5倍。对于100％纯二氧化碳，当压力高于临界压力(7.38MPa)且温度高于临界温度(31.4℃)时，CO₂处于气相和液相之间的超临界状态，超临界二氧化碳的密度非常大，接近液体的密度，但是扩散系数接近气体；当压力高于临界压力(7.38MPa)，温度低于临界温度(31.4℃)时，CO₂处于密相液体状态，密相液体状态二氧化碳的腐蚀性非常强，而且随着压力降低，二氧化碳体积膨胀，温度就会降低，压力降低幅度过快则会导致二氧化碳温度急剧下降，形成干冰。

超临界CO₂注气压缩系统就是CO₂气驱采油的核心设备，它将CO₂气体从常规气态逐级压缩、控温，使其温度高于临界温度，压力高于临界压力，达到临界状态，然后注入地下提高采油率。假如液相介质进入压缩机，压缩机存在很大的腐蚀风险，且出现顶缸等异常现象，而干冰形成则会阻塞管道，至使管道冻裂。基于超临界二氧化碳压缩系统，其安全、稳定的启动是整个压缩系统稳定运行的基础。

专利号为CN201310228409.4的用于往复活塞式压缩机的启动方法的专利，公开了机型较大的压缩机在启动前先进行预热、润滑，准备充分后再全机投入运行可以有效提升压缩系统的关键受力部件的使用寿命，并且能提高整体系统的稳定性；但其清洗操作是否执行的限制条件为吸气压力值，吸气压力高于设定值时即直接启动电机，对于启动前压缩系统内的压力环境未做明确限定，且未公开明确设定值参数，不适用于超临界二氧化碳多级压缩系统的启动。

发明内容

本发明的目的在于：鉴于超临界二氧化碳气体的压缩需求，本发明提供一种适用于超临界二氧化碳压缩系统的稳定性高的气启方法。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：一种适用于超临界二氧化碳压缩系统的气启方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：压缩机通电

控制系统进行控制，进气阀、清洗阀、总排气阀、放空阀、旁通开关阀、末级旁通阀、分级旁通阀均处于关闭状态；

步骤二：打开放空阀，系统内气体从放空阀排出；

步骤三：监控清洗阀后气体压力，以确定阀后压力是否低于清洗要求的压力设定值0.2Mpa～0.5Mpa，如果压力低于0.2Mpa～0.5Mpa，则打开清洗阀进行补气，如果高于0.2Mpa～0.5Mpa，则关闭清洗阀，使超临界二氧化碳压缩系统内的气体压力维持在0.2Mpa～0.5Mpa，并顺序进行以下操作：

(1)同步执行清洗与预润滑操作，预润滑结束后进入执行暖机操作：

其中，清洗操作包括：

保持所有阀位不变，即进气阀、总排气阀、旁通开关阀、末级旁通阀、分级旁通阀均处于关闭状态，放空阀打开；进行第一次清洗，保持100-130S；

打开旁通开关阀、末级旁通阀和分级旁通阀，进行第二次清洗，保持50-70S；

关闭放空阀；

其中，预润滑操作包括：

开启预润滑油泵及油加热器，对曲轴箱的润滑油进行加热，并对压缩机主机各轴承进行预润滑，

监控油温温度及压力，待油温和油压达到预润滑所要求的的设定值，总排气阀开启，执行暖机操作；

(2)暖机操作

启动电动机；

监测压缩机油温，待温度升高到暖机所要求的额定温度，执行小循环操作；

步骤四：小循环操作

控制清洗阀的开闭，分三个阶段将进气压力补充至额定进气压力值，第一阶段补充至进气压力的三分之一，第二阶段补充至进气压力的三分之二，第三阶段补充至进气压力的额定值；

监控曲轴箱温度，曲轴箱油温升至小循环所要求的额定温度后，执行加载操作；

步骤五：加载操作

打开进气阀，关闭清洗阀，并顺序关闭旁通开关阀、末级旁通阀，按降级顺序关闭各分级旁通阀，排气压力逐步升高，压缩机进行正常运行状态。

优选地，所述小循环流程中分阶段补气的每段时间间隔为10S。

优选地，第一次清洗保持130S；第二次清洗保持70S。

优选地，进气阀是连接于超临界二氧化碳压缩系统的总进气管道上的阀门，用于对超临界二氧化碳压缩系统进行通气控制；

清洗阀是设置在进气工艺管道上与进气阀并联的阀门，用于进气的节流降压，机组启动前进行机组内空气置换；

总排气阀是连接于超临界二氧化碳压缩系统的总排气管道上的阀门，用于最终排气给用户的控制；放空阀、旁通开关阀、末级旁通阀、分级旁通阀

放空阀是连接于超临界二氧化碳压缩系统的末级压缩系统的出气端的阀门，其出气口联通至放空管道，用于超临界二氧化碳压缩系统的气体的放空；

旁通开关阀是连接于超临界二氧化碳压缩系统的末级压缩系统的出气端的阀门，其出气口联通至初级压缩系统的进气端，用于气体末级到初级的回流控制；

末级旁通阀排气阀也是连接于超临界二氧化碳压缩系统的末级压缩系统的出气端的阀门，其出气口联通至上一级压缩系统的进气端，用于气体从末级到其上一级的回流控制；

分级旁通阀排气阀是分别连接于超临界二氧化碳压缩系统的各级压缩系统的进气端的阀门，其出气口均联通至它们所在的压缩系统的上一级压缩系统的进气端，用于气体从高级到其上一级逐级进行回流控制。

预润滑油泵用于对预润滑油进行加压，油加热器用于对润滑油加热。

本发明的有益效果如下：

1.本发明在清洗前对系统内气体先进行放空，避免系统内存在气体残留，然后通过控制清洗阀的开关将系统内的气体压力维持在0.2-0.5Mpa，再进行清洗置换、预润滑，完成清洗预润滑后启动电机，电机在低压环境下启动，负载接近空载，可以避免关键零部件瞬间受力过大造成损失，在此过程中，对于电机的低压启动值反复尝试发现，在启动前将气体压缩系统的气体压力降低至0.2Mpa会过多耗费工艺时间，而在压力高于0.5Mpa的环境下直接启动压缩机时，其压缩机里的精密零部件就会受到冲击，因此在系统维持0.2-0.5Mpa的压力下启动电机，既有效保护了压缩机的精密零件，又不会过多耗费启动时间；

1.本发明在清洗时先对主气管道进行清洗，再打开旁通对整个系统管道进行清洗，确保系统在启动前在稳定低压的环境下完成整体气体置换，既不升高系统内压力，也不会残留杂气，且经过现场验证，第一清洗时间保持在100-130S，第二清洗时间保持在50-70S，可在确保清洗彻底的前提下避免清洗时间过长浪费启动时间；

2.在以往的使用中发现，润滑油在低温时质地比较粘稠，如果油温升温不到位而直接加大负载，就不能起到充分润滑的作用，轴承就容易跟压缩机曲轴摩擦而造成磨损，本发明在预润滑、暖机、小循环流程中，油温的升高与压力的增加同步，压力的增加以油温的温度是否达到设定值为先决条件，在油温达到设定条件后逐步加大进气压力，确保充分润滑，稳定启动；

3.本发明的小循环操作中，旁通阀均处于打开状态，气体在系统内循环回流，压力不会突然升高，在此状态下分阶段将进气压力加大到额定值，在不大幅度增加负载的情况下将进气压力稳定升至额定进气压力值，进一步确保系统的稳定启动加压；加压结束后再逐级关闭旁通旁通，使压缩机进入正常逐级压缩排气，整体过程平稳、可靠，有效提高了系统的稳定性。

附图说明

图1是本发明的超临界二氧化碳压缩系统的气体流程示意图；

图2是本发明的气启流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

参照图1，在描述超临界二氧化碳压缩系统的气启方法之前，简要介绍超临界二氧化碳压缩系统，包括含有从初级到末级依次串联的多级压缩系统和用于控制每一级压缩缸压缩后气体温度的温度控制系统，初级压缩缸的进气口通过通气管道连通至总进气口，末级压缩缸的出气口通过通气管道顺序连通温度控制系统和总排气口，末级压缩缸的出气口还连通有含有数个气体通道的出气组件，还包括旁通控制系统、放空控制系统和可将气体从末级压缩缸的出气口逐级回流至各级压缩缸的进气口以平缓降低排气压力的分级调压系统，出气组件分别与旁通控制系统、放空控制系统和分级调压系统连通。其中，分级调压系统包括末级旁通阀，末级旁通阀的进气端与出气组件连通，末级旁通阀的出气端与末级压缩缸的上一级压缩缸的进气口连通，除末级压缩缸和初级压缩缸外的其他每级压缩缸的进气口与其上一级压缩缸的进气口之间均通过回流管道连通有一个分级旁通阀。旁通控制系统包括旁通开关阀，旁通开关阀的进气端与出气组件连通，旁通开关阀的出气端与初级压缩缸的进气口连通，放空控制系统包括放空阀和放空管道，放空阀的进气端与出气组件连通，放空阀的出气端与放空管道联通；总进气口连通有进气控制系统，总排气口连通有排气控制系统，进气控制系统包括与总进气口串联的进气阀和与进气阀并联的清洗阀，排气控制系统包括沿排气方向顺序串联在总排气口的排气止回阀和排气阀。

其中，进气阀用于对超临界二氧化碳压缩系统进行通气控制；清洗阀用于进气的节流降压，系统启动前进行系统内空气置换；排气阀用于最终排气给用户的控制；放空阀的出气口联通至放空管道，用于超临界二氧化碳压缩系统的气体的放空；旁通开关阀用于气体从末级到初级的回流控制；末级旁通阀用于气体从末级到其上一级的回流控制；各级分级旁通阀用于气体从高级到其上一级逐级进行回流的控制。

如图2所示，本实施例提供一种适用于上述超临界二氧化碳压缩系统的气启方法：

首先，对压缩系统通电，压缩系统的控制系统介入控制(控制系统及其控制器的构造为公开技术手段，不再赘述)，此时，总进气阀、清洗阀、总排气阀、放空阀、旁通开关阀、末级旁通阀、分级旁通阀均处于关闭状态；

步骤二：打开放空阀，系统内存余气体可以从放空阀排出；

步骤三：监控清洗阀后气体压力(也就是超临界二氧化碳压缩系统的进气管道内的气体压力)，以确定阀后压力是否低于清洗要求的压力设定值0.5Mpa，如果超临界二氧化碳压缩系统的进气管道内的气体压力低于设定值0.5Mpa，则打开清洗阀，气体经清洗阀进入压缩系统，对系统内进行补气，高于设定值0.5Mpa时，则关闭清洗阀停止补气，以此循环，使超临界二氧化碳压缩系统内的气体压力始终维持在0.5Mpa的低压力状态下，并顺序进行以下操作：

(1)同步执行清洗与预润滑操作，预润滑需时长于清洗操作，所以预润滑后于清洗操作结束，预润滑结束后执行暖机操作：

其中，清洗操作包括：

保持所有阀位不变，即总进气阀、总排气阀、旁通开关阀、末级旁通阀、分级旁通阀均处于关闭状态，清洗阀根据系统内压力变化开合调压，放空阀打开；气体从清洗阀进入压缩系统，从放空阀排出，对系统内的空气进行置换，系统在0.5Mpa的压力状态下执行第一次清洗，保持150S，然后打开旁通开关阀、末级旁通阀和分级旁通阀，执行第二次清洗，对整个系统内的所有管道进行空气置换，保持70S，清洗完成后关闭放空阀，完成系统的恒压清洗；此时，因为填料会有所泄露，清洗阀仍根据系统内压力进行开闭补气，将系统内压力维持在0.5Mpa，至此，其他各阀位状态为：总进气阀、总排气阀、放空阀处于关闭状态，旁通开关阀、末级旁通阀和分级旁通阀处于开启状态；

清洗操作开始的同时执行预润滑操作，即：开启预润滑油泵及油加热器，对曲轴箱的润滑油进行加热，并对压缩机主机各轴承进行预润滑，油温油压逐步升高，监控油温温度及压力，待油温和油压达到预润滑所要求的的设定值，总排气阀开启，执行暖机操作；此时，除清洗阀处于开闭切换补气状态外，其他各阀位状态为：总进气阀、放空阀处于关闭状态，旁通开关阀、末级旁通阀、分级旁通阀和总排气阀处于开启状态。

排气阀开启后，执行暖机操作，启动电动机，阀位不变，清洗阀仍然处于开闭切换补气状态，气体压力维持在0.5Mpa，压缩机负荷小，电动机稳定启动；同时，系统内气体压力很低，未达到高压排气的值，所以气体不从总排气口排出，而是通过旁通开关阀、末级旁通阀、分级旁通阀回流，在压缩机内部循环；在这个过程中，压缩机曲轴箱的油温会逐步升高，监测压缩机油温，待温度升高到暖机所要求的额定温度25度，执行小循环操作；

执行小循环操作时，通过控制清洗阀的开闭，分阶段的提升超临界二氧化碳压缩系统内的气体压力，将超临界二氧化碳压缩系统内的气体压力分阶段补充至小循环所要求的压力设定值(本实施例的进气压力设定值以2Mpa为例)，为了稳定的启动系统，分三阶段提升，第一阶段在10S内将进气压力补充至0.7MPa，第二阶段在10S内补充至1.4MPa，第三阶段在10S内补充至2.0MPa。监控曲轴箱温度，曲轴箱油温升至小循环所要求的额定温度后，为了确保超临界二氧化碳压缩系统稳定启动且不干扰其相变，优选地，曲轴箱油温升至的额定温度为38度以上，曲轴箱油温38度以上后，执行加载操作；加载时，先打开总进气阀，关闭清洗阀，并顺序关闭旁通开关阀、末级旁通阀，按降级顺序关闭各分级旁通阀，排气压力逐步升高，压缩机进行正常运行状态。在预润滑、暖机、小循环操作中，随着油温的逐步上升，分步逐步加大电动机的负荷，避免油温低负荷高的情况出现，损坏各轴承，随着油温升高逐步加大负荷，使压缩系统平稳的进入正常工作状态。