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近日，位于重庆经开区的重庆气体压缩机厂有限责任公司（以下简称“重庆气体压缩机厂”）传来好消息，该公司研发的全球首台套70兆帕、20万立方米/天高压大流量天然气压缩机成功投产，是目前全球压力最高、单机流量最大的撬装增压机组。
天然气压缩机广泛应用于国家大型储气库建设、油田注气驱油增产、新型储能及天然气开采集输等领域，是保障国家能源安全的“国之重器”。
“70兆帕大排量高转速压缩机是产业发展急需突破的瓶颈。”重庆气体压缩机厂副总工程师王跃飞说，经过2年的攻关研发，终于取得关键性突破。
那么，重庆气体压缩机厂是如何啃下这块“硬骨头”的？故事还要从2022年3月讲起。
国内油田求解“燃眉之急”
彼时，国内某油田专家考察组来重庆走访，专程到重庆气体压缩机厂调研座谈。
“有没有可能研发国产70兆帕大排量高转速压缩机，解深井油田开采的燃眉之急？”某油田相关负责人这句看似简单的话，却引发现场热议。
长期以来，中国大部分油田所使用的高压大排量高转速压缩机都从国外进口，不仅价格昂贵，且交付周期长。如果遭遇一些不确定因素，压缩机的交付遥遥无期。
此前，国内普遍进口的大排量机组最高排气压力为52兆帕，流量为25万立方米/天，但是排气压力无法满足超深井注气需求。小排量机组最高压力虽有70兆帕，但流量仅为5万立方米/天，对于一个1亿立方米的油井而言，需要同时使用多台设备才能满足需求，存在投资大、占地广、易损件多、运维工作量大、维护成本高等问题。
很快，这场会议上引发的“议题”，转换成了重庆气体压缩机厂的“行动”。
“经过一个月反复调研、反复论证，我们决定集中优势力量攻关，啃下这块卡住我国能源安全的‘硬骨头’。”王跃飞表示。
15位精英组团研发“超级打气筒”
说干就干！2022年，重庆气体压缩机厂一个由15位科研精英组成的研发团队正式“上线”。
“天然气压缩机的工作原理，可以简单理解为一个打气筒，通过活塞往返运动，把气体注入油井，实现石油和天然气的采集。”王跃飞介绍，高压大流量天然气压缩机就像一个“超级打气筒”。
不过，想要研发出满足超深井采油采气所需的“超级打气筒”并不容易。首先，要将这个打气筒的气压从52兆帕提升至70兆帕，如何保证气筒里的活塞在如此高的压力下既能灵活运动，又不发生气体泄漏？这是一个难点。
“团队发明了气缸与活塞之间高达70兆帕密封压差的往复动密封技术，利用卸荷槽平衡部分气体压力，减少活塞环对气缸镜面的摩擦、磨损。”王跃飞分析，同时，压缩机还采用组合式活塞环组，提升气缸的密封效果。
其次，在70兆帕的高压下，原有技术规范只适用于小直径的“气筒”，当“气筒”的直径扩大至原来的4倍时，常规技术标准就失去了参考意义。
瞄准这个难题，研发团队基于结构强度与流场分析优化了高压气缸结构及流道设计，根据模拟结果选择疲劳性能优良的缸体材料，通过特殊热处理工艺达到表面性能要求，成功突破大直径气缸研发的重要关口。
经过3个多月的熬更守夜，研发工作进入尾声。原本以为解决了高压密封性和大直径气缸两大核心研发问题，大排量高转速压缩机的成功触手可及。
没想到，在随后的厂内试验以及现场安装环节中，机组管道振动过大的新问题又摆在了眼前。
“天然气压缩机各部件之间是通过管道相连的，在高压的活塞运动中，不可避免会带来管道振动。”王跃飞分析，如果振动过于剧烈，不仅会导致螺栓连接脱落等安全隐患，甚至机组都无法正常开机运转。
面对新问题，研发团队在进行大量气流脉动试验之后，最终提出了压力大于35兆帕部分管道的气流脉动及管道振动控制准则，该项技术属于首创，达到国际先进水平。
可帮助重庆天然气“银行”扩容
历经2年多的研发生产，今年4月，这个全球首台套70兆帕、20万立方米/天高压大流量天然气压缩机被造了出来，并成功应用到上述油田的生产中，有效解决了天然气输气过程中气量变化大、撬装化要求高等难题，有力助推我国超深井注气驱油、输气作业。
事实上，除了应用于油田注气驱油增产，高压大排量天然气压缩机还将在国家大型储气库建设、新型储能等领域大展身手。
比如，助力地下储气库的建设。所谓地下储气库，就是将天然气增压注入地层的缝隙中储存，在需要供气时，进行采集、脱水，最后输入天然气管网，被称为天然气“银行”。目前，我国已建成25座地下储气库，储气库容达400亿立方米，调峰保供惠及10余个省（市）、2亿人口。
对于重庆而言，由于重庆地质结构稳定、气藏盖层好，密封性比较好，天然气不易泄漏，正大力修建地下储气库。当前，已建相国寺储气库，还将修建铜锣峡、明月峡、万顺场、沙坪场、寨沟湾5个储气库项目。未来，重庆储气库群预计将累计形成工作气量77.7亿立方米，可满足2亿多人口3个多月的生活用气。
“随着高压大流量天然气压缩机的投产成功，或将助力重庆天然气‘银行’加速扩容。”王跃飞举例说，比如现在储气库使用的天然气压缩机普遍在20兆帕左右，如果提升至70兆帕，仅一个地下储气库的天然气储量就是原来的3.5倍，不仅将缓解川渝地区冬季天然气供需矛盾，还将助力全国“西气东输”管网的有效调度。
王跃飞分析，得益于国产高压大流量天然气压缩机技术的领先、价格的实惠以及后期维护的便捷，可以预见，天然气增压输送领域大量装备国产化的进程将加速到来，市场前景看好。
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