東方1-1氣田透平濕氣壓縮機優(yōu)化改造

趙杰瑛，林洪兵，張俊明

（中海石油（中國）有限公司 湛江分公司，廣東 湛江 524000）

0 引言

東方1-1 氣田是中海石油（中國）有限公司湛江分公司海上油氣田，日產(chǎn)天然氣約800萬方。氣田共有三組透平濕氣壓縮機組，Taurus 70 型壓縮機是氣田生產(chǎn)外輸上的關(guān)鍵設備。東方1-1 氣田壓縮機的作用是利用它的增壓功能，將經(jīng)過處理后的天然氣增壓后通過海底管線輸送到100 公里外的下游用戶，其中包括為海南發(fā)電廠和部分民用提供天然氣，因此機組的穩(wěn)定運行對保障下游用戶需求至關(guān)重要。

東方1-1 氣田三臺天然氣透平濕氣壓縮機自2007年投用以來，出現(xiàn)了以下四個問題：①由于機組本身設計原因，多次出現(xiàn)機組機撬壓差過低、機撬差壓開關(guān)易動作，導致機組出現(xiàn)關(guān)?，F(xiàn)象；②機組進口旋流分離器液位跳動，導致機組運行不穩(wěn)定；③三臺機組滑油冷卻器存在設計問題，在機組投運2000小時左右后，冷卻器封頭由于海水腐蝕出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象，對機組的正常運行造成了影響；④東方1-1 氣田天然氣中含有CO2，故熱值低，在機組啟動點火方面產(chǎn)生了較大的影響。經(jīng)過五年多的不斷改造，各個問題逐一突破，極大地提高了壓縮機運行的可靠性和穩(wěn)定性。

1 透平濕氣壓縮機組機撬通風系統(tǒng)改造

索拉Taurus 70-C402 透平離心壓縮機組的機撬采用微正壓通風模式，即機撬內(nèi)部通過機撬風機保持相對于機撬外面略高的壓力。機撬內(nèi)外壓差大于0.25 英寸水柱時，表示機撬通風良好。當機撬壓差低于0.25 英寸水柱（0.0635KPa）時，產(chǎn)生一個低的報警信號，壓差低于0.15（0.0381KPa）英寸水柱時，則產(chǎn)生一個壓差低低的關(guān)停信號立刻關(guān)停機組。這樣設計有兩方面原因，一是為了防止機組內(nèi)可燃氣堆積或者燃氣大量泄漏時由于燃氣探頭失效而引起的火災、爆炸；二是為了給機組散熱，防止撬內(nèi)溫度過高，損壞機組內(nèi)的各種儀表設備，保證機組安全運轉(zhuǎn)。

原設計機撬通風進出口與水平面平行，一旦風向與機撬進出風方向一致，雨水就很容易進入空氣過濾器，弄濕空氣過濾器，從而導致通風量變小，機撬壓力低低、關(guān)停機組。同時，一旦風向與機撬出風口方向相反，可能導致出風口的百葉窗無法打開，從而使得排風阻力變大、背壓增高，空氣流量變小，甚至無法帶走撬內(nèi)儀表部件的熱量或累積的天然氣，使得撬內(nèi)溫度過高或儀表失效，從而關(guān)停機組。在大風天氣情況下，特別是臺風期間，能夠保證壓縮機的安全平穩(wěn)運行，對于保障氣田的產(chǎn)量尤為重要。

1.1 改造機撬進風口

如圖1所示，將原來水平的進風口增加防護罩改變進風方向，增加防護罩后進風口角度改變了90°，不但可以防止大風期間進風口受到正面沖擊同時也可以擋雨，從而減少外界氣流對機撬壓力的影響，降低了機組因為差壓低低關(guān)停的可能性。

圖1 機撬進風口改造

1.2 改造機撬排風口

對機撬排風口做了改進，在保證機撬通風量的前提下，在機撬出風口加裝擋風罩，使出風方向由原來的水平出風改為朝下90°出風，同時經(jīng)過試驗得到的數(shù)據(jù)，將出風口的面積減少了1/4。如圖2所示，不僅不影響機組的通風，而且使得機組內(nèi)外差壓增加了0.05 英寸水柱，在一定程度上提高了機撬壓力的穩(wěn)定性。此外，排風口的改造也減少了由于外界風大倒灌進入機撬的風量，降低機撬風機故障差壓開關(guān)檢測到風扇排壓過低停機的可能性。

圖2 機撬排風口改造

1.3 改造機撬外部取壓點

壓縮機機撬壓差取壓口原設計的位置是在現(xiàn)場控制柜后的機撬壁上，儀表管通過機撬壁上的孔直接置于大氣中。如此一來，在大風天氣或者臺風天氣期間，外界的氣壓波動容易造成機撬壓差不穩(wěn)定。因此，機撬取壓口原設計在臺風或風速較大的情況下，可直接導致機組關(guān)停，影響氣田的正常生產(chǎn)。

針對此情況，氣田對機撬壓差取壓口進行改進，加裝了擋風罩。擋風罩的設計是：在一個小型的四方體密閉空間的五個面上鉆若干個孔，將取壓探頭置于四方體內(nèi)部，而且取壓口的方向是朝下的。如圖3所示，如此處置既不影響正常天氣條件下壓縮機的運行，而且在臺風期間或風速較大的情況下，快速氣流不會直接作用于機撬壓差的取壓點上，而是要經(jīng)過擋風罩，經(jīng)過擋風罩后風速減慢，對機撬壓差取壓點的影響就會減弱，經(jīng)實際檢驗效果明顯。

圖3 取壓點改造示意圖

1.4 機撬風扇電源改造

東方1-1 氣田主電源由透平發(fā)電機提供，如果透平發(fā)電機出現(xiàn)故障掉電情況下，應急發(fā)電機延時15s 啟動，給應急母排提供電源，保證應急母排在任何時候都有電。原設計壓縮機機撬通風風扇電源由正常母排供電，這樣一旦透平發(fā)電機故障掉電，壓縮機機撬風機就會停止運行，進而引起機撬壓力低低關(guān)停。氣田做了將風機電源改由應急母排供電的改造，從而使得氣田在透平發(fā)電機發(fā)生停機時、正常母排掉電情況下，壓縮機可以在應急柴油發(fā)電機自動啟動后繼續(xù)運行，有效保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

1.5 通風系統(tǒng)程序修改

東方1-1 氣田壓縮機在臺風模式遙控生產(chǎn)下的設計為：如果檢測到陸地終端控制室與氣田中央控制室通訊中斷超過15min，將觸發(fā)氣田零級關(guān)停。在臺風等惡劣天氣情況壓縮機機撬外環(huán)境具有以下特點：一是機撬外部風速瞬時變化大，二是變化持續(xù)時間極短。在此情況下，當外部環(huán)境依然安全，機組會因某個瞬時壓差低于機撬壓力低低關(guān)停值，引起關(guān)停。針對此情況，氣田在機撬壓力低低關(guān)停程序之后添加延時計時器，時間設定為720s（與15min 通訊中斷關(guān)停保證一致），如圖4所示。邏輯設計是720s 以后，壓力還是低低才關(guān)停壓縮機。由此，可以避免在外部風速瞬時變化大而導致機組關(guān)停的情況。

圖4 通風程序修改示意圖

2 液位控制改造

圖5 旋流分離器排液流程圖

東方1-1 氣田透平濕氣壓縮機進口的旋流分離器排液控制過程如圖5所示。當液位變送器LIT2509的液位到達ON 設定值（即470mm）時，電磁閥LDY2509 得電，導通液位控制閥LV2509，旋流分離器開始排液，直到液位變送器LIT2509的液位到達OFF 設定值（即435mm）時，電磁閥LDY2509 失電，液位控制閥LV2509 關(guān)閉，旋流分離器排液結(jié)束。但是由于電磁閥LDY2509 對液位控制閥LV2509的控制屬于開關(guān)量控制，所以導致液位控制閥LV2509 要么全開，要么全關(guān)，不能進行模擬量過程控制。同時，液位控制閥動作比較慢，需要一定的反應時間，往往導致液位超過設定范圍液位控制閥才開始動作，容易造成一次性排液太多，使得聚結(jié)分離器壓力過高，造成其他設備的液體排不到聚結(jié)分離器，影響氣田的正常生產(chǎn)。

經(jīng)過多次試驗，確認液位控制閥可以進行由開關(guān)量控制改為模擬量控制。設計方法如下：對液位控制閥加裝一路模擬量控制，即在液位控制閥供氣管路上加裝電-氣信號IP 轉(zhuǎn)換器，同時旁通壓縮機PLC的旋流分離器液位控制閥閥位故障檢測程序的信號。改造后，旋流分離器液位控制閥可以在中控系統(tǒng)進行模擬量控制。模擬量控制模式有手動和自動兩種，既可以手動控制閥位連續(xù)排液，也可以設定液位值自動控制閥位，維持旋流分離器的液位不變。即使在電-氣信號IP 轉(zhuǎn)換器故障的情況下，原來開關(guān)量控制系統(tǒng)還是能正常工作，不會導致機組關(guān)停。同時，通過修改旋流分離器下腔自動排液范圍，原來500mm時排液閥打開，350mm時排液閥關(guān)閉，優(yōu)化為470mm 排液閥打開，435mm 排液閥關(guān)閉，提高排液的頻率，避免一次性排液太多，導致聚結(jié)壓力高。如此，排液設定點遠在原來設定點的高高、低低設定值之內(nèi)，保障機組基本不會因為液位出現(xiàn)高高、低低關(guān)停。

3 滑油冷卻器改造

東方1-1 氣田濕氣壓縮機的滑油系統(tǒng)的冷卻是通過一臺管式海水冷卻器進行冷卻的，滑油經(jīng)過冷卻器的殼程，海水經(jīng)過冷卻器的管程。2007年壓縮機投產(chǎn)后，三臺滑油冷卻器在使用不到2000小時的時間里，封頭（材質(zhì)為碳鋼）均出現(xiàn)不同程度的腐蝕穿孔，對壓縮機運行造成了很大的影響。

根據(jù)應用犧牲陽極原理，氣田設計了在冷卻器加裝犧牲陽極——鋅棒的方案，如圖6所示，其中防腐鋅棒設計每兩周更換一次。結(jié)果證明，防腐鋅棒有效減緩滑油冷卻器腐蝕，從2007年11月完成三臺機組的改造后，機組一直運行到2013年都沒有在出現(xiàn)過腐蝕穿孔問題。對滑油冷卻器封頭的改造，確保了濕氣壓縮機滑油冷卻器5年多的正常使用，保障了機組的穩(wěn)定運行。

圖6 滑油冷卻器防腐鋅棒改造

4 點火系統(tǒng)改造

東方1-1 氣田透平濕氣壓縮機機組原設計使用的燃料氣是經(jīng)過加熱、脫水等處理后合格的外輸天然氣，但是由于氣田外輸天然氣組分原因，在壓縮機投產(chǎn)初期，機組啟動過程中點火成功率較低，而系統(tǒng)每次點火前都要進行自動吹掃，就使得大量天然氣放空，不但浪費了天然氣，而且影響了濕氣壓縮機的正常運轉(zhuǎn)時間，影響了氣田的產(chǎn)量。

氣田經(jīng)過多次測試分析，發(fā)現(xiàn)機組點火困難主要是燃料氣的熱值較低。機組原設計燃料氣是由一個中心平臺和3個井口平臺的天然氣混合而成的外輸氣，組分如表1所示。從表中可以看出井口A 平臺和井口B 平臺的天然氣熱值相對較高，其他兩個平臺的天然氣熱值相對較低。氣田經(jīng)過仔細研究壓縮機點火流程，對原壓縮機點火管線和流程進行了優(yōu)化，將點火氣源直接使用井口A 平臺和井口B 平臺的高熱值氣源，如圖7所示。這樣有效的提高了點火成功率，大大減少了濕氣壓縮機啟動過程中天然氣的消耗量，保障了壓縮機的平穩(wěn)運行。

表1 天然氣組份分析記錄表—組分分析結(jié)果（mo l p c t)

圖7 壓縮機點火燃料氣流程圖

5 濕氣壓縮機改造后機組穩(wěn)定性

氣田在保障壓縮機運行的過程中，積極探索，經(jīng)過五多年的不斷改造，極大地提高了壓縮機運行的可靠性和穩(wěn)定性。通過對點火流程的改造，機組啟機點火成功率達到95%以上，減少了天然氣的浪費；通過改造滑油冷卻器，機組的滑油冷卻器運行至今已五年多，仍未出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象；通過對機撬通風系統(tǒng)的改造，機組的機撬壓差一直很穩(wěn)定，即便在臺風的惡劣天氣下，機組仍然不會因為機撬壓差低低關(guān)停；通過旋流分離器排液的改造，使氣田在避臺期間更好的控制生產(chǎn)流程，保證了濕氣壓縮機系統(tǒng)的正常運行。

特別是氣田在臺風期間人員撤離后，在陸地遙控生產(chǎn)過程中透平濕氣壓縮機運行的穩(wěn)定性大幅提高，壓縮機由于上述原因停機因素基本被消除，效果顯著。2011年三次人員臺風撤離和2012年的超強臺風都保持了壓縮機遙控正常生產(chǎn)，極大的保證了下游用戶正常用氣，為氣田產(chǎn)量的超額完成奠定了基礎。

6 濕氣壓縮機優(yōu)化改造后的經(jīng)濟性

氣田濕氣壓縮機全部的改造都是由現(xiàn)場技術(shù)人員完成，整個改造的材料費用不到10萬元，但帶來了可觀的經(jīng)濟收入。根據(jù)統(tǒng)計，一臺機組每次關(guān)停放空天然氣3320 方。按照改造前的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，每年機組由于上述原因至少會有三次機組關(guān)停，正常時候兩臺機組串聯(lián)運行，則年減少放空的氣量為1.99萬方/年。氣田壓縮機運行正常的情況下氣田產(chǎn)量為800 多萬方，而壓縮機全停最大氣量為500萬方左右，相比之下，壓縮機正常運行則每天可以多生產(chǎn)300萬方天然氣。因此，在每年的避臺期間，由于壓縮機穩(wěn)定運行，便可多生產(chǎn)天然氣至少1200萬方，即約為1200萬元。由于氣田穩(wěn)定的生產(chǎn)，為下游發(fā)電廠、化肥廠等用戶帶來的經(jīng)濟效益則更加巨大。