國產(chǎn)無油螺桿壓縮機(jī)為海上油氣回收添利器

張重德，李 強(qiáng)

（中海石油天津分公司，天津 300452）

一、概述

海上石油平臺(tái)在原油開采過程中會(huì)產(chǎn)生大量的伴生氣，采用燃燒排放處理方式，不僅污染環(huán)境，而且造成浪費(fèi)。目前海上平臺(tái)所生產(chǎn)的油、氣、水三相混合物處理流程(圖1)通常采用三級(jí)脫水、脫氣穩(wěn)定。在一級(jí)游離水分離器中分離出的大量天然氣，多數(shù)能夠直接供應(yīng)用戶或增壓后供發(fā)動(dòng)機(jī)等高壓用戶利用，多余部分回注地層或做為商品氣通過海底管線進(jìn)行外輸；而二級(jí)熱化學(xué)分離器中的低壓閃蒸天然氣則直接排放到火炬放空，如將這部分天然氣回收利

用，可提高油田效益，并減少環(huán)境污染。

圖1 海上平臺(tái)伴生氣分離流程

目前幾乎所有海上平臺(tái)的天然氣增壓均采用多級(jí)往復(fù)式活塞壓縮機(jī)，但該壓縮機(jī)存在著進(jìn)氣要求高、級(jí)間需要冷卻和洗滌、振動(dòng)大、基礎(chǔ)要求高、占地大等問題，因此需要一種新型壓縮機(jī)來滿足一些邊際油田的開發(fā)工作。

二、國內(nèi)無油螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)制造能力

螺桿壓縮機(jī)具有高效、節(jié)能、性能穩(wěn)定等諸多優(yōu)勢，已逐步被消費(fèi)者所認(rèn)知，從而得到了較快的發(fā)展。中國船舶總公司七一一研究所螺桿工程部是專門從事節(jié)能環(huán)保型螺桿機(jī)械的研制機(jī)構(gòu)，已成功地開發(fā)和應(yīng)用了工藝氣螺桿壓縮機(jī)組，有效解決了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染兩個(gè)重要問題。國產(chǎn)螺桿壓縮機(jī)組安全可靠，部分性能甚至優(yōu)于國外產(chǎn)品，而售價(jià)僅為進(jìn)口產(chǎn)品的50%，具有很強(qiáng)的競爭力。

國產(chǎn)螺桿壓縮機(jī)單機(jī)參數(shù)：排氣量為2 000～500×104m3/d；轉(zhuǎn)子直徑為153～1 090mm；排氣壓力為4.0MPa；軸功率為37～9 000kW；驅(qū)動(dòng)方式為電機(jī)、汽輪機(jī)、燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)馔钙健?/p>

目前，中海油的海上平臺(tái)動(dòng)力電站主要為透平發(fā)電機(jī)和重油發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其中80%為柴油及天然氣的雙燃料透平發(fā)電機(jī)，產(chǎn)地為美國索拉透平國際公司，表1所列為該公司燃?xì)馔钙较盗挟a(chǎn)品參數(shù)。

表1 索拉透平國際公司燃?xì)馔钙絽?shù)

由表1可以看出，國產(chǎn)無油螺桿壓縮機(jī)完全可以滿足centaur40到Titan250對(duì)燃料氣的需求。

三、螺桿壓縮機(jī)的工作原理

螺桿壓縮機(jī)是一種容積式氣體壓縮機(jī)械。其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。在壓縮機(jī)的機(jī)體中，平行地配置著一對(duì)相互嚙合的螺旋形轉(zhuǎn)子。通常把節(jié)圓內(nèi)具有凸齒的轉(zhuǎn)子稱為陽轉(zhuǎn)子，具有凹齒的轉(zhuǎn)子稱為陰轉(zhuǎn)子。陽轉(zhuǎn)子為驅(qū)動(dòng)軸。

該陰、陽轉(zhuǎn)子相互嚙合，按一定傳動(dòng)比旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生周期性的容積變化，完成氣體的吸入、壓縮和排出。

因螺桿壓縮機(jī)工作原理和往復(fù)式壓縮機(jī)相同，分吸入、壓縮和排出三個(gè)過程，所以排氣有

脈動(dòng)性，但由于螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速高，齒數(shù)又多，氣流可視為平穩(wěn)均勻的。因其漏氣損失和機(jī)械損失都很低，可獲得較高的容積效率。

圖2 螺桿壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

四、海上采油平臺(tái)螺桿壓縮機(jī)的應(yīng)用

無油螺桿壓縮機(jī)由于其具備混輸能力、機(jī)組總體尺寸較小、對(duì)前置處理系統(tǒng)要求低、振動(dòng)性能優(yōu)良、維護(hù)性能優(yōu)良等優(yōu)勢，尤其適用于海上油田伴生濕氣的輸送。可以簡化平臺(tái)流程、減少平臺(tái)空間占用，總體性能價(jià)格比優(yōu)勢很大。

海上油田伴生濕氣一般含有較多的C3以上的重組分，而且由于海上平臺(tái)空間的限制，不具備在平臺(tái)上對(duì)濕氣進(jìn)行脫水脫烴的操作，如采用往復(fù)壓縮機(jī)或者噴油螺桿壓縮機(jī)進(jìn)行增壓，必須對(duì)氣體進(jìn)行嚴(yán)格的分離，甚至洗滌凈化。如采用無油螺桿壓縮機(jī)，可以不對(duì)來氣進(jìn)行任何處理，直接進(jìn)壓縮機(jī)增壓，不僅簡化了流程、減少了平臺(tái)空間占用，而且降低了工程整體造價(jià)。

以墾利項(xiàng)目為例，由于墾利3-2油田天然氣做為燃料存在著一定的缺口，需要引入補(bǔ)充，出于節(jié)能環(huán)保的考慮，墾利項(xiàng)目采用1臺(tái)無油螺桿壓縮機(jī)組對(duì)二級(jí)熱化學(xué)分離器低壓閃蒸氣進(jìn)行增壓后再利用。

該閃蒸汽是典型的含水含重?zé)N的油田濕氣，經(jīng)工藝設(shè)計(jì)軟件hysys模擬計(jì)算，將一部分水隨燃料氣引入壓縮機(jī)中，可以直接起到降溫及密封的作用，選用噴水螺桿壓縮機(jī)用于補(bǔ)液調(diào)節(jié)系統(tǒng)補(bǔ)入少量的冷卻水，可保證壓縮機(jī)穩(wěn)定高效運(yùn)行。

墾利項(xiàng)目無油螺桿壓縮機(jī)系統(tǒng)流程如圖3所示。

圖3 墾利項(xiàng)目無油螺桿壓縮機(jī)系統(tǒng)流程圖

燃料氣來氣溫度為94.8℃，為提升壓縮經(jīng)濟(jì)性，先經(jīng)前置海水冷卻器冷卻，再進(jìn)入壓縮機(jī)增壓至0.55MPa。壓縮后的氣體經(jīng)過后置海水冷卻器降溫，再進(jìn)入分離器進(jìn)行油氣水的分離，然后進(jìn)入工藝氣管網(wǎng)。分離出的水可以重新回到壓縮機(jī)入口循環(huán)利用。

油箱內(nèi)的潤滑油通過油泵經(jīng)潤滑油分配器分配給壓縮機(jī)內(nèi)的同步齒輪、軸承及機(jī)械密封，對(duì)這些機(jī)械部件進(jìn)行潤滑。升溫之后的潤滑油重新回到油箱，經(jīng)油泵進(jìn)入潤滑油空冷器降溫，再循環(huán)噴入壓縮機(jī)。

該流程最有價(jià)值的部分是充分利用了無油螺桿壓縮機(jī)的混輸能力，氣體經(jīng)冷卻后直接氣液混輸進(jìn)入壓縮機(jī)，省卻了前置分離器，同時(shí)也省卻了分離器的液位控制系統(tǒng)和排液泵，讓壓縮流程變得更短，操作更方便。

墾利3-2中心平臺(tái)低壓閃蒸天然氣排量約631.8m3/h，每天約1.5×104m3，按單價(jià)2元/m3計(jì)算，每年可節(jié)約燃料費(fèi)用約1 095萬元，初期購買低壓螺桿壓縮機(jī)的費(fèi)用為300萬元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

五、結(jié)語

螺桿壓縮機(jī)由于同時(shí)具備旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)優(yōu)良的維護(hù)性能和容積式壓縮機(jī)的強(qiáng)制輸氣能力，尤其是無油螺桿壓縮機(jī)還具備混輸能力，在其適用的范圍內(nèi)性能優(yōu)勢巨大。因此，螺桿壓縮機(jī)將可能在更多的工況下替代往復(fù)壓縮機(jī)和離心壓縮機(jī)，成為海上油氣田的主力機(jī)型。

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