荔灣3-1燃氣透平壓縮機的選型及維修方案研究

章向榮，高 鵬，惠 寧，張艷春，單曉亮

● （海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

荔灣3-1燃氣透平壓縮機的選型及維修方案研究

章向榮，高 鵬，惠 寧，張艷春，單曉亮

● （海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

本文以荔灣3-1平臺上的天然氣壓縮機為研究對象，概述了天然氣壓縮機的選型、配置和維修方案，并確定了索拉TITAN250為最優(yōu)機型。用于其吊裝維修的滑道梁由于超出了標準規(guī)定范圍，因此項目采用了有限元分析法確定了滑道梁翼緣及腹板的厚度，并通過板拼接方式組成。

天然氣壓縮機；TITAN250；有限元

0 引言

荔灣3-1氣田是中國第一個真正意義上的深水油氣田，位于我國南海，是國家南海能源戰(zhàn)略的重要組成部分。荔灣3-1中心平臺是中國第一個深水氣田中心平臺[1]，從設計、建造到安裝均由中國海油自主完成。就位后的荔灣3-1中心平臺組塊為我國最大、世界第二大組塊，最高點距海床300米，相當于100層樓高。

天然氣壓縮機是荔灣3-1平臺上的主要設備，為了控制整個平臺的重量，在對設備的選型中，其重量和尺寸成為需要考慮的重點內(nèi)容。為了既能滿足平臺天然氣處理要求，也盡量減少設備的重量及占地面積，在設計中遵循了以下幾點原則：滿足復雜的工藝條件要求；較高的機組運行效率、節(jié)能減排；減少平臺壓縮機臺數(shù)，控制平臺設備重量；合理處理實際產(chǎn)量與預留之間的關系。

1 工況說明

荔灣3-1平臺設計壽命內(nèi)生產(chǎn)工況較為復雜，其建設分為以下三個階段：

A階段：投產(chǎn)階段濕氣處理量為36億方/年；

B階段：一期能力增加到66億方/年濕氣；

圖1 壓縮機流程圖

C階段：二期新增33億方/年深水濕氣，即處理量增加到100億方/年。

考慮到不同年份深水天然氣登陸平臺的壓力不同[2][3]，因此工藝整體流程設計如圖1所示：

流程1：A階段，荔灣3-1深水氣田濕氣登陸CEP平臺壓力較高，約為7500kPaG，因此，荔灣3-1的天然氣直接進入三甘醇脫水系統(tǒng)，經(jīng)三甘醇脫水后與來自番禺平臺的干氣匯合后，由干氣壓縮機增壓外輸。

流程2：B階段，荔灣3-1深水氣田濕氣登陸平臺壓力降為2500kPaG，此時，需設置濕氣壓縮機，荔灣3-1天然氣經(jīng)濕氣壓縮機增壓后進入三甘醇脫水塔，再與來自番禺的干氣匯合后，由干氣壓縮機增壓外輸。

流程3：C階段，荔灣3-1深水氣田濕氣登陸平臺壓力降為1000kPaG，此時需增設預增壓壓縮機，天然氣壓力被增壓升至2500kPaG，然后進入濕氣壓縮機增壓，增壓后進入三甘醇脫水塔，再與來自番禺的干氣匯合后，由干氣壓縮機增壓外輸。需要說明的是，預增壓壓縮機僅僅針對荔灣3-1氣田的天然氣，因為雖然CEP平臺一期設計規(guī)模為80億方/年處理量，但是荔灣 3-1氣田從配產(chǎn)上看僅有 36億方/年的產(chǎn)量，且后期氣源的來源及氣體性質(zhì)、登平臺壓力都無法確定。因此對于后期的實際情況，要根據(jù)后期實際的氣源情況再確定。

由以上描述可以看出，荔灣氣田的生產(chǎn)工況復雜，設計壽命內(nèi)產(chǎn)量、壓力等變化較大，導致壓縮機選型困難。因此，需綜合考慮工藝、經(jīng)濟、操作維修等方面對壓縮機進行選型。

2 天然氣壓縮機選型

2.1 壓縮機及驅動裝置選型

常用的壓縮機組型式有往復式壓縮機和離心式壓縮機兩種。往復式壓縮機組的優(yōu)點是，壓力適應范圍寬，流量調(diào)節(jié)范圍較大。缺點是機組結構相對復雜，尺寸重量較大，運動部件多，機組日常維護工作量多。離心式壓縮機組排量大，運行平穩(wěn)，機組外形尺寸小，占地面積少，設備重量輕；易損件和摩擦件少，運行周期長，日常維護工作量小[4]。由于平臺外輸氣量較大，故采用離心式壓縮機組。

壓縮機組的驅動方式可以是電機驅動，或直接由原動機驅動。原動機與壓縮機組的型式相對應，可以選擇燃氣透平發(fā)電機或者往復式天然氣發(fā)動機。一般往復式壓縮機由往復式天然氣發(fā)動機驅動；離心式壓縮機由燃氣透平發(fā)動機驅動。

電機驅動壓縮機方式優(yōu)點是，機組維護工作量小，振動噪音小。但是當功率較大時，大電機會對電網(wǎng)產(chǎn)生較大沖擊。本項目壓縮機最大功率約為10000kW到25000kW左右，功率較大，因此采用燃氣透平作為驅動。燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣可以通過余熱回收裝置進行回收，從而為平臺提供廉價熱源，以達到節(jié)能減排的目的。

2.2 壓縮機廠家選取及裝置配備

根據(jù)上述平臺生產(chǎn)工況，在對比了各個廠家的方案并對其經(jīng)濟性做了論證之后，荔灣3-1平臺選用了索拉公司的TITAN250型壓縮機。該壓縮機為索拉公司功率最大的燃氣輪機壓縮機組，TITAN250的設計是基于其他索拉燃氣輪機機型已經(jīng)驗證的技術。與海洋平臺常用的TITAN130相比，TITAN 250具有同樣的占地面積而出力提高50%，同時它具有40%的軸效率并將污染排放量降低達30%，最大功率可達24000kW，能夠滿足平臺生產(chǎn)工藝要求。

不同生產(chǎn)階段的TITAN250壓縮機配備情況如下：

A階段：配置兩臺TITAN250壓縮機，一用一備；

B階段：增加兩臺TITAN250壓縮機，兩用兩備；

C階段：增加一臺TITAN250壓縮機，四用一備。

3 機組維修方案

荔灣氣田是該機組在亞太地區(qū)的首次使用，也是在海洋平臺上的首次使用。由于在設計中沒有可參考的先例，所以無論在對設備的認識、性能的了解，還是設備的布置、安裝和維修的相關設計中，設計人員遇到了許多難題，需要結合荔灣3-1平臺特性對其進行研究。

TITAN250壓縮機相對于以往平臺上使用的TITAN130壓縮機，其維修重量要大很多，不僅設計人員沒有經(jīng)驗，就連廠家都沒有一套普遍適用的方案，且以往的壓縮機透平裝置都是用海洋平臺吊機吊出機組罩殼，而 TITAN250壓縮機是用導軌將機組運出罩殼。再加之平臺大小的限制，機組之上還有二層操作維修平臺，使得維修部件不能使用吊機直接吊出。經(jīng)過與相關專業(yè)及廠家的多次溝通，設計人員確定了先在二層平臺上安裝滑道梁，將維修部件運送到機組橇邊，再用廠家提供的維修小車將其移動到吊機起吊范圍之內(nèi)的方案。這種方案，不僅減少了對結構的改動，滿足了廠家對機組維修的各種要求，而且也考慮到了項目二期工況下，其余壓縮機的維修方案。

根據(jù)機組特性，其重量最大的維修部件為透平轉子，其維修所需的滑道梁及小車葫蘆的載荷為50t。根據(jù)機械行業(yè)標準JB/T7332-2007，其僅對40t及以下噸位的小車所適用的型鋼有明確要求，而荔灣項目所使用的50t小車葫蘆已經(jīng)超出了標準的使用范圍，在沒有標準可以依據(jù)的條件下，設計人員采用采用鋼板拼接形式作為滑道梁，通過ANSYS進行應力分析，確定在滿足力學性能條件下的腹板和翼緣板的厚度。如圖2所示。

圖2 50t滑道梁有限元分析受力

滑道梁材質(zhì)選用高強度船用結構鋼 D36，通過分析最終確定的滑道梁翼緣厚度為32mm，腹板厚度為18mm。考慮到安全性、操作空間、易操作性、使用頻率及后期維護等問題，最終選用50t的氣動葫蘆及氣動小車。

4 結論

通過對荔灣 3-1平臺天然氣處理工況的分析及相應處理設備的研究，發(fā)現(xiàn)通過合理配備，TITAN250壓縮機能夠滿足荔灣3-1平臺復雜的生產(chǎn)工況。對于40t以上滑道梁，在無相關國家標準可依的情況下可通過有限元應力分析計算受力及形變，由鋼板焊接制成。TITAN250壓縮機是該機組在亞太地區(qū)的首次使用，也是在海洋平臺上的首次使用。其操作維修方案的確定將為后期大型氣田的開發(fā)提供理論及實踐指導。

[1]黃冬云.荔灣3-1淺水平臺設備布置研究[J].中國造船.2011(52):321-326.

[2]安維崢,趙新君.海上平臺多工況大型離心壓縮機的選型設計[J].風機技術.2013(2):15-18.

[3]周曉紅,郝蘊,衣華磊.荔灣 3-1深水氣田開發(fā)中心平臺工藝設計若干問題研究[J].中國海上油氣.2011(5):43-46.

[4]蔡曉君,馬強.海上平臺天然氣壓縮機選型關鍵技術研究[J].壓縮機技術.2011(5):25-27.

Type Selection and Maintenance of Gas Turbine Compressors on LIWAN 3-1 Offshore Platforms

ZHANG Xiang-rong,GAO Peng,HUI Ning,ZHANG Yan-chun,SHAN Xiao-liang(Offshore Oil Engineering Co.Ltd.,Tianjin 300451,China)

This paper mainly discusses the type selection,number determent and maintenance of natural gas compressors on Liwan 3-1 offshore platforms.After selection,TITAN 250,made by SOLAR,has been chosen finally.The section steel type of monorail used for turbines repair is out of the range of JB/T7332-2007 covered.So in this project,designers use finite element method to determine the flange and web thickness and weld the section steel by steel plates.

natural gas compressor; TITAN 250; finite element method

TE974

A

章向榮（1963-），男，本科。主要從事生產(chǎn)項目、技術管理工作。