[发明专利]建设性地使用往复式压缩机设施中压力脉动的方法和装置

说明书

技术领域

本文公开主题的实施例大体涉及在油气行业中使用往复式压缩机的设施，并且更具体而言，涉及建设性地使用压力脉动来提高压缩机的容积效率，即，实现脉冲增压效应。

背景技术

在油气行业中使用压缩机必须满足行业具体要求，这考虑了例如压缩气体常常有腐蚀性且可燃的。美国石油协会(API)(对用于油气行业中的装备设定公认的行业标准的机构)已经发布了文件API618，其列出了关于往复式压缩机的完整的一套最低要求。

压缩机可分类成正排量压缩机(例如，往复式压缩机、螺杆式压缩机或导叶压缩机)和动态压缩机(例如，离心压缩机或轴向压缩机)。在正排量压缩机中，通过截留气体，并且然后减小其中截留气体的容积来实现压缩。在动态压缩机中，通过在压缩机的内部的预先确定的位置处将(例如，旋转元件的)动能转换成压力能来实现压缩。

理想的压缩循环(在图1中通过跟踪压力-容积的发展以曲线图的方式示出)包括至少四个阶段：膨胀、吸入、压缩和排出。当压缩流体在压缩循环结束时从压缩室中排出时，处于输送压力P₁的少量流体仍然被截留在清空容积V₁(即，压缩室的最小容积)中。在压缩循环的膨胀阶段1和吸入阶段2期间，活塞运动，以增大压缩室的容积。在膨胀阶段1开始时，输送阀关闭(吸入阀保持关闭)，并且然后，截留流体的压力降低，因为可用于流体的压缩室的容积增大。当压缩室的内部的压力变成等于吸入压力P₂时，压缩循环的吸入阶段开始，从而触发吸入阀在容积V₂下打开。在吸入阶段2期间，压缩室容积和待压缩的流体的量(处于压力P₂)增加，直到达到压缩室的最大容积V₃。

在压缩循环的压缩和排出阶段期间，活塞沿与在膨胀和吸入阶段期间的运动方向相反的方向运动，以减小压缩室的容积。在压缩阶段3期间，吸入阀和输送阀两者关闭(即流体不进入或离开缸体)，在压缩室中的流体的压力增大(从吸入压力P₂到输送压力P₁)，因为压缩室的容积减小到V₄。当压缩室的内部的压力变成等于输送压力P₁时，压缩循环的输送阶段4开始，从而触发输送阀打开。在输送阶段4期间，处于输送压力P₂的流体从压缩室中排出，直到达到压缩室的最小(清空)容积V₁。

压缩机的效率的一个度量是容积效率，容积效率是在吸入阶段V₃-V₂期间被往复式压缩机的活塞扫过的压缩室的容积与在压缩循环期间被活塞扫过的总容积V₃-V₁的比。

在往复式压缩机的外部发生压力脉动的现象是由于往复式压缩机的内部的气体流的不连续性质引起的。这些压力脉动可导致振动和疲劳应力大、噪声水平高和压缩机性能降低。API618包括在设计设施(包括往复式压缩机)以(除了别的目的之外)避免压力脉动的破坏作用时必须承担的声学研究的详细要求。为了阻止这些脉动传播到整个设施，容积瓶安装在压缩机的吸入阀之前且在排出阀之后，从而在往复式压缩机与设施的其余部分之间进行缓冲。

例如，图2示出了在往复式压缩机10和设施的其余部分之间的接口的简化模型。这里，用语“接口”表示往复式压缩机10的阀20和设备管30之间的所有构件，气体通过设备管30而被引导到或引导出设施(例如，油气设备)的其余部分。往复式压缩机10具有活塞40，并且通过管50连接到容积瓶60上。然后容积瓶60通过设备管30连接到油气设备上。

容积瓶60充有待压缩的气体或压缩气体(这取决于容积瓶是位于吸入阀之前或排出阀之后，或者往复式压缩机10是否具有高声阻抗)，并且用作脉动的反射器，从而允许仅少部分传输向设备管30。