为了满足能源需求的增长,美国能源部(DOE)着手拟定一项输气管道基础设施改进计划。该计划的目的是要将现有管线的输送能力提高10%,降低运行成本50%。该计划是由美国能源部和美国西南研究院(SwRI)在燃气机械研究协会(GMRC)协助下筹资的研究项目,计划开发出先进的往复式压缩工艺(ARCT),提高现有管线运行的整合性、灵活性、有效性和可靠性。
第一代压缩工艺技术(1950年前)是由许多小型(500~750马力,转速为180转/分)的低速压缩机组成,将天然气从产地输送到市场。第二代压缩工艺技术(1950年后)应用了较大型、较高速的压缩机,并降低了成本。采用低速集成式压缩,该设备转速提高了2倍,运行马力提高了3倍。第三代压缩工艺技术所用设备的功率比原来设备提高了3倍,转速也提高了2~3倍(即为500~1000转/分,4000~8000马力)。由于该工艺技术存在振动和脉动的问题,使压缩机的压缩效率受到严重的损失。这样,下一代压缩工艺技术就需要改进其灵活性(气流量下调50%),改进其效率(大于90%),改进其可靠性和可维护性(提高阀门的使用寿命),并改进其整合性(振动水平降至每秒少于0.75英寸)。
ARCT计划已开发出多种工艺技术来达到上述目的。其最主要的技术是使用一种倾斜式喷嘴脉冲装置和一种半活性电磁阀。项目第一阶段除用ARCT技术外,还成功地应用了其他18种辅助工艺技术协助解决问题。
对脉动的控制是通过改进缸体喷嘴来实现的,缸体喷嘴是影响高效、高速和变速设备最主要的部件之一。设备效率和能力的下降主要是因为使用了需要控制脉动振幅的压差元件而发生的。为此,采用将压缩机通用的直式喷嘴更换成用倾斜式喷嘴的方案。已证实这种方法能在现代化高速压缩过程中解决关键问题,使系统的压力损失减少,气流增大,改善热效应。压缩机的总热效率可提高6%,每台压缩机每年可节省开支5万美元。
压缩机阀门的失效主要是因为出现高循环疲劳、灰尘和碎片积累、润滑不良及阀门卡住,减少冲击速度能大大提高阀门的寿命。新阀门研制方案中应用了一种在阀座关闭或开启时的软着陆,用电磁线圈取代阀簧片,在冲击发生之前提供一个抵抗力。虽然更换新阀门需花一些附加费用,但可提高阀门寿命,更换费用为3万美元。原阀门的维修费用要24万美元(5年为一个周期),每年可节省开支达4.8万美元。