本文原標題：《國內外天然氣壓縮機發展趨向探討》
1 全球範圍內，天然氣的發現和利用，肇始於我中華之三國時期
就全世界而言，天然氣的發現和利用，發端於什麼年代，又是在什麼地方呢？
我國相關的博物志，明確記載了蜀漢（公元221～263年）丞相諸葛亮曾視察天然氣的史實。
開鑿於1823年的燊海井（燊，shēn，熾盛），位於四川省自貢市，是經確認的全球第一口超千米深井。該井至今仍以天然氣為燃料，沿襲古法制川鹽，成為川菜用鹽的不二選擇。它是對孔明先生曾視察天然氣這一史實的最好佐證與詮釋。
燊海井的開鑿工藝技法，鑿鑽具材料的選擇和設計，皆令今人嘆服。
記得，中國海洋石油總公司在北京東城區的舊址院內，就矗立著燊海井井架模型。
2 天然氣及其應用與天然氣壓縮機的類別
2.1天然氣
除了以氣態甲烷為主要組分的狹義的天然氣，廣義的天然氣則覆蓋面寬泛，包括：沼氣、在深海及高寒地帶以固態存在的可燃冰、煤層氣、頁巖氣等，也包括了人為加工的餐廚垃圾沼氣。
伴隨著人類科技進步的腳步，天然氣作為優質清潔能源，在能源構成的比率方面，逐步得到提升，重要性日益顯現。
天然氣的應用，可謂已是無處不在、無時不在。必須看到全球可燃冰極其宏偉的巨大潛能，其儲量是現知天然氣的數十倍，但開採難度極大，目前尚無成熟技術。
2.2天然氣壓縮機的類別
依照應用類別，天然氣壓縮機主要分為以下幾大類：
（1）天然氣長輸管線用增壓壓縮機；
（2）為天然氣長輸管線幹線供氣等用途的集輸用壓縮機；
（3）天然氣汽車加氣站用壓縮機；
（4）油氣田上遊裝備中的回注用高壓壓縮機；
（5）天然氣儲氣庫用注氣壓縮機；
（6）液化天然氣用原料氣壓縮機；
（7）液化天然氣儲罐系統配套的BOG壓縮機。
2.2.1長輸天然氣管線幹線增壓離心式壓縮機，皆為大容積流量、大功率者，技術難度很高、精密度很高。由於技術層面原因和管線運營方採納此關鍵動設備的信心，國產大型離心式天然氣增壓壓縮機的投運，歷經漫長而曲折的過程，直至近年方成現實，且達臻百臺矣！
圖1即是國產20000kW離心式天然氣增壓壓縮機，服役於陝西高陵站。
2.2.2天然氣集輸用往復活塞式壓縮機，其引進國際先進技術的消化吸收和國產化再創造，則較為迅速。這已由原中國石油化工總公司江漢石油管理局第三機械廠實施完成近三十載，且已成為集輸氣機的最主要生產者之一。在此基礎上的再創造，使原江漢三機廠還是天然氣儲氣庫用注氣壓縮機的最主要製造者之一。
圖2所示即國產天然氣集輸用壓縮機族群。
2.2.3天然氣汽車加氣站用CNG壓縮機，為世界各國淨化藍天工程業已做出巨大貢獻。
圖3所示之CNG壓縮機，更是經典。其機身承受內氣壓，並以曲軸的主軸頸處之機械密封，杜絕了機身內天然氣處洩漏之可能，而成就為無洩漏CNG壓縮機。
原中石化漢江三機廠自主研發的2D4—3/3—250型CNG壓縮機（如圖4），在中石化總公司專家會議鑑定通過後，於2000年獲省部級中石化科技進步三等獎。該機打破了國外封鎖，填補了國產天然氣汽車常規加氣站用132kW級全風冷CNG壓縮機的空白。2D4型機以甚短之行程（105mm）、適當高的轉速990r/min，形成不高的活塞平均速度（3.465m/s），創造了氣流速度低和節約能耗的有利條件。相應的，其氣閥組件閥隙流速低、閥片升程低，功率損失小且閥片長壽。2D4型機之主機長度僅2639mm，外形極其緊湊。採用灰鑄鐵、球墨鑄鐵及鍛造中碳鋼等最普通、廉價之材質為基，輔以極個別的鍛造合金鋼，大幅降低了製造成本卻不失可靠性。傳動部件摩擦面處的超低比壓值，大大減少了磨損，壽命大為延長。可靠且有效散熱的全風冷系統，使其適於高寒、缺水等全地域、全氣候條件運行。
地處北京石景山區的衙門口天然氣加氣母站，位於陝京一線之終端，曾是亞洲規模最大的加氣母站（如圖5），向六裡橋等公交加氣子站供氣（圖6）。
圖7～圖9分別是晉煤集團胡底煤層氣加氣母站壓縮機、生活垃圾沼氣用壓縮機、有機廢水沼氣用壓縮機。
3 全世界範圍內，天然氣壓縮機的發展趨勢將怎樣？
就此總命題，今拋磚引玉，與業界同行切磋如下：
3.1在天然氣長輸管線用增壓壓縮機領域，離心式壓縮機仍是絕對主導的主力機型，其單機最大功率與流量，雄踞高位不減。
其實，自二十世紀七十年代初，自非洲的阿爾及利亞經直布羅陀海峽左近的馬格里布，跨越地中海向歐洲供應天然氣的長輸管線工程，就配有多臺當時美國ELLIOT公司產單主軸多級離心式增壓壓縮機，單機功率已達20000kW。
在天然氣長輸管線增壓領域，離心式壓縮機優勢得以確立的原因，其實非常簡單，這是由天然氣自身的物理特性和離心式壓縮機的固有特點，而共同決定的。
天然氣長輸管線幹線用增壓壓縮機，在多座加壓站司接力供氣之責。其每臺壓縮機的總壓力比不甚高，而流量卻很大。天然氣的密度低這種與生俱來的物理特性，顯然對離心式壓縮機每一級的最佳壓力比值的提升，有所阻礙。然而，自二十世紀七十年代以來，離心式壓縮機的技術進步不但不可謂不猛烈，甚至是突破性的。高強度葉輪新材質時時湧現，其允許的葉輪最大圓周速度不斷提升，二元、三元流動葉輪塑性常更新，鍛造、壓鑄、機械加工等製造工藝也變革，遂又使得離心式壓縮機的最佳壓力比值和機的總壓力比皆提升。當相同的機壓力比時，所需級數減少、製造成本降低，而機的絕熱效率卻得以提高，更顯節能。
離心式壓縮機主軸處，密封氣體的軸封，在二十世紀七十年代還普遍用「高位油罐」技術，可謂巧妙地以不大的勢能壓力差實現了對高壓氣的密封。此後，多種氣封結構頻頻現身，軸封技術呈跨越式發展。
筆者不排除在特大流量天然氣長輸管線幹線用離心式壓縮機之前端，串接更適合特大流量的軸流式壓縮機為前置機之可能性。也不排除在同一整體機殼內構成為軸流—離心式壓縮機的已有複合結構機型，用於特大流量管線幹線的可能性。
時下，緊湊的齒輪式多級離心式天然氣增壓壓縮機已廣泛服役於全球長輸天然氣管線領域。可謂司空見慣是也。
筆者管見以為，適當回溯其傳動機構發展沿革，仍不失其現實及前瞻意義。
這要從1958年出版的《DEMAG NEWS》說起。當時的德意志聯邦共和國杜伊斯堡城的DEMAG公司（後併入曼奈斯曼公司，繼而併入現在的西門子公司），在該刊上最先提出了離心式壓縮機串聯往復活塞式壓縮機這一具有劃時代意義的複合壓縮機組概念。驅動用蒸汽輪機藉助於齒輪變速箱，增速輸出軸直聯離心式壓縮機，減速輸出軸直聯往復活塞式壓縮機，用於副產蒸汽的合成氨工廠。同一時期，DEMAG著名的DH型離心式壓縮機，則以電動機軸為齒輪變速箱的動力輸入軸，增速後的兩根動力輸出軸的兩段，分別帶動分屬於離心式壓縮機的不同級的四隻葉輪。（日本日立公司等跨國大公司多購其製造權，甚至轉賣給第三國）
DEMAG此種可廣泛用於多種結構類型的壓縮機機體內的傳動理念，深刻影響了全球壓縮機大名企至今在諸多領域的應用。諸如：
二十世紀六十年代末，美國INGEROLL-RAND始研發的CENTAC離心式空氣壓縮機原型機，由電動機驅動中央大齒輪，大齒輪增速徑向嚙合第1級至第4級葉輪的不同嚙合直徑的4隻小齒輪，使各級葉輪均獲其各自的最佳圓周速度，壓縮機的絕熱效率高。該動力用空壓機之排氣壓力為0.7MPa。而今風行的排氣壓力0.7MPa，空氣動力用齒輪式3級離心式空壓機，即由此蛻變而來。
DEMAG自身的由同一主動大齒輪增速驅動多個徑向小齒輪，在同一機體內構成多級螺杆式壓縮機（或多級離心式壓縮機）的模式，套用者多多。其同屬一國的GHH公司，也曾研發了在同一機體內的離心式串聯螺杆式空氣壓縮機。
3.2為天然氣長輸管線幹線供氣等用途的集輸用天然氣壓縮機族群，仍將以往復活塞式為絕對主導機型，且將進一步有所大型化，而其品種自然是多樣化的。
集輸類天然氣壓縮機，其額定工況甚為寬泛，流量值區間很大，進氣壓力值多異，而排氣壓力值也不盡相同。在集輸用天然氣壓縮機的運行實際中，因地質條件變化等多種因素的影響，它的流量、進氣壓力都可能有所波動。
集輸用天然氣壓縮機的特定工況，恰恰可以充分發揮往復活塞式壓縮機固有的技術特長，諸如：已製成並投運的多級往復活塞式壓縮機，能從容適應較大變動的機的壓力比，而這一點為其它結構類型的壓縮機難以做到。偏離額定工況的集輸用往復活塞式天然氣壓縮機，完全能夠安全而經濟合理地服役。
通過大小不同的機型和臺數匹配，往復活塞式天然氣壓縮機完全勝任集輸用各種工況之需，且最為節能。
3.3天然氣汽車加氣站用壓縮機的需求量，勢必逐漸萎縮。而其機型仍以往復活塞式為主體，多種液壓式為輔。此狀態，估計尚可維繫20年左右。
全球主導工業國家，多已明確以2035年為限，終止製造和銷售燃油汽車，而由電動汽車全面取代之。
在此強勢背景下，基本無汙染的天然氣汽車，顯然也面臨巨大的壓力。在製造與維修成本、售後服務、燃料費用等諸多因素的綜合作用下，天然氣汽車的逐步收縮已成定局。除了特定天然氣氣源地，尚有加氣站壓縮機極少量運行的可能性，加氣站用壓縮機曾經的需求異常光鮮的場景將定格於歷史。毫無疑問的是，天然氣汽車加氣站用壓縮機為全球範圍內大氣淨化所做出的卓越貢獻，永遠彪炳史冊。
3.4油氣田上遊裝備中，回注用高壓天然氣壓縮機雖然年需求量不大，但依然不可或缺，並仍由往復活塞式壓縮機雄踞絕對主導地位，其單機最大功率增幅不大，且全球有能力製造者依舊屈指可數。出於材料抗疲勞、抗高交變應力幅之需，其轉速多在1000r/min以下。
油氣田回注用高壓天然氣壓縮機，是用來增大油氣田產能的。其進氣壓力高，而排氣壓力更高，達55～70MPa，並由系統兼獲價昂、多用途的凝析油。
毋需諱言，回注用高壓天然氣壓縮機技術內涵高，設計、製造、運行均有諸多難點。它又必然是多列的，每列的活塞力值也大，這倒不是難題，最終可用貫穿活塞杆方案解扣。其氣缸承受高應力幅的交變應力作用，在氣閥孔與氣缸鏡面孔交匯處則更為嚴苛。其活塞環中除導向（支撐）環之處的壓縮（密封）環，承受巨大的壓力差。而密封活塞杆的填料組件，密封壓力差很大，還要回收洩漏氣，前置填料遂成為必不可少。製造環節中，交匯孔倒圓不到位、粗糙度不合要求，皆更易引起應力集中，甚至於導致氣缸開裂報廢。
由於回注用高壓天然氣壓縮機服役的油氣田上遊，是動力電及電力設施欠缺之地，故而其驅動機往往是大型天然氣發動機，這又要求它能和發動機良好匹配全工況運轉。
3.5天然氣儲氣庫用注氣壓縮機，必將有大的發展。儲氣庫座數及注氣壓縮機臺數的需求量增幅，均將雙雙提升。而其注氣壓縮機的結構類型，仍持續由往復活塞式所壟斷，同時單機最大功率值及列的最大活塞力值會有所增大。
藉助於早期的巖石山洞儲存低電價時段生產的壓縮空氣技術，二十世紀八十年代初，原德意志聯邦共和國採用廢棄的巖鹽礦洞穴，作為天然氣儲氣庫成功以來，天然氣儲氣庫建造技術日臻成熟。其核心是妥善解決了易洩露的天然氣封存問題。
天然氣儲氣庫作為應急與調峰的不二選擇，被日益看好，也提升了其在天然氣管網系統中的重要性。
天然氣儲氣庫用注氣壓縮機，其最終排氣壓力在25～35MPa之間，無論其進氣壓力為若何，往復活塞式多級壓縮機適應機的壓力比範圍大的特長，使其皆能圓滿勝任之，同時比其它結構類型壓縮機更節能。
往復活塞式對稱平衡型壓縮機，在全球領域列的最大活塞力已高達1500kN而保運行無虞。這已由眾多臺數，國內南北方及國外專業名企製造的超大型氫氣壓縮機所證實。無疑，這是天然氣儲氣庫用注氣壓縮機大型化的技術保障。誠然，從實際需要角度看，還遠不至於要1500kN級活塞力的。
3.6液化天然氣之原料氣壓縮機
液化天然氣的工藝流程，早已放棄了高壓原料氣方案。吸納制冷機提供之冷量，原料氣壓縮機輸出的中壓天然氣，相變為液化天然氣。如此，液化天然氣的成本降低，運行安全性更好。
大型液化天然氣裝置，採用離心式壓縮機或者螺杆（乾式）壓縮機。中小型液化天然氣裝置採用螺杆式（乾式）或往復活塞式（氣缸無油潤滑）壓縮機。這樣的模式，綜合經濟性良好，且將保持下去。
3.7液化天然氣儲罐系統配套的BOG天然氣壓縮機
BOG壓縮機的容積流量不很大，從而決定了它只能是往復活塞式壓縮機。又因為其進氣溫度低於負一百多攝氏度，故而對氣閥、氣缸、活塞組件的材質有極嚴苛要求。在整機設計方面，BOG壓縮機亦異於其它壓縮機。在往復活塞式壓縮機中，由迷宮式及氣缸無油潤滑的接觸式，主導BOG壓縮機的現狀，亦將保持。
不難看出，大有作為的各類型天然氣壓縮機中，需求量最大的是集輸用壓縮機。隨著老油田地質條件的衰退，其需求更甚。
儲氣庫用注氣壓縮機，而今處於需求陡升期。
輸氣幹線用大型離心式天然氣增壓壓縮機，則當然是重任在肩，無可替代。