螺桿式天然氣壓縮機(jī)在海上平臺(tái)的應(yīng)用

孫道青，邊大勇，虎 攀，楊 猛，崔正明，邵升宇

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

螺桿式天然氣壓縮機(jī)在海上平臺(tái)的應(yīng)用

孫道青，邊大勇，虎 攀，楊 猛，崔正明，邵升宇

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

海上平臺(tái)采油過(guò)程產(chǎn)生大量伴生氣。為了有效回收利用這些伴生氣，以往常用往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)行加壓。通過(guò)國(guó)內(nèi)某平臺(tái)一實(shí)際項(xiàng)目，論述了螺桿式壓縮機(jī)在該領(lǐng)域的應(yīng)用。列舉了螺桿式壓縮機(jī)相比往復(fù)式壓縮機(jī)的優(yōu)勢(shì)：螺桿式壓縮機(jī)占用平臺(tái)面積只有往復(fù)式壓縮機(jī)的43.8%，質(zhì)量只有往復(fù)式壓縮機(jī)的40.2%。

伴生氣； 往復(fù)式壓縮機(jī)； 螺桿式壓縮機(jī)； 天然氣壓縮機(jī)； 海上平臺(tái)

0 引 言

海上平臺(tái)油氣處理過(guò)程中產(chǎn)生大量的伴生氣。由于伴生氣氣壓較低，若要回收利用這些伴生氣，就需要進(jìn)行加壓。天然氣壓縮機(jī)常用形式包括活塞式、離心式和螺桿式三種。其中離心式壓縮機(jī)在海上采油平臺(tái)較少運(yùn)用，最常用的為往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)。本文以國(guó)內(nèi)某海上平臺(tái)為例，論述了螺桿式壓縮機(jī)相比往復(fù)式壓縮機(jī)在回收低壓伴生氣方面的優(yōu)勢(shì)。

1 方案概述與選型

國(guó)內(nèi)某海上采油平臺(tái)，采油過(guò)程中產(chǎn)生了大量的伴生氣，每天約105Sm3(1 Sm3即在1.01325×105Pa的標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)、0 ℃下1 m3)，伴生氣的氣壓較低，約0.12 MPa(此處及下文中所述均為表壓)。這些伴生氣每天通過(guò)火炬燃燒掉，造成了很大的資源浪費(fèi)。為了能夠回收利用這些氣體，需要將伴生氣加壓到2.0 MPa，供平臺(tái)透平所用。以下通過(guò)對(duì)比往復(fù)式壓縮機(jī)和螺桿式壓縮機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，來(lái)確定合適的壓縮方案。

1.1 往復(fù)式壓縮機(jī)

在選用往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)行加壓時(shí)，往復(fù)式壓縮機(jī)對(duì)含液氣體敏感，氣體中含有的液體會(huì)造成液擊，從而會(huì)給壓縮機(jī)帶來(lái)嚴(yán)重傷害，輕則需要全面修理，重則需要直接更換壓縮機(jī)的缸體等配件[1]。為此，壓縮機(jī)每一級(jí)的入口均需設(shè)置相應(yīng)的分液裝置，即入口洗滌罐。洗滌罐工藝尺寸依據(jù)沉降速度來(lái)計(jì)算，計(jì)算沉降速度時(shí), 一般取液滴直徑極限為100 μm[2]。整個(gè)壓縮流程如圖1所示。

伴生氣經(jīng)過(guò)進(jìn)氣冷卻器冷卻到40 ℃后，進(jìn)入入口洗滌器進(jìn)行氣液分離，然后進(jìn)行一級(jí)壓縮、冷卻、分離和二級(jí)壓縮、冷卻、分離，產(chǎn)生氣壓為2.0 MPa，40 ℃的伴生氣，供透平所用。通過(guò)對(duì)整個(gè)流程進(jìn)行模擬計(jì)算，得到設(shè)備參數(shù)如表1所示。

圖1 往復(fù)式壓縮機(jī)壓縮流程Fig.1 Compression process of reciprocating compressor

表1 往復(fù)式壓縮機(jī)系統(tǒng)主要設(shè)備清單

注：ID表示內(nèi)徑；T/T表示兩端切線之間的距離；1英寸=2.54 cm。

1.2 螺桿式壓縮機(jī)

若選用螺桿式壓縮機(jī)，則壓縮流程如圖2所示。

圖2 螺桿式壓縮機(jī)壓縮流程Fig.2 Compression process of screw compressor

伴生氣經(jīng)過(guò)進(jìn)氣冷卻器冷卻后，進(jìn)入螺桿壓縮機(jī)壓縮，壓縮過(guò)程控制溫度不超過(guò)200 ℃[3]，控制壓縮溫度的方法是噴冷卻液；壓縮后的伴生氣進(jìn)入出口冷卻器進(jìn)行冷卻，最后進(jìn)入出口緩沖罐進(jìn)行氣液分離。通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，得到的主要設(shè)備參數(shù)如表2所示。

表2 螺桿式壓縮機(jī)系統(tǒng)主要設(shè)備清單

2 方案對(duì)比

若采用往復(fù)式壓縮機(jī)，壓縮機(jī)入口的洗滌罐體積較大，加上底座高度后，總體高度將達(dá)到7 000 mm，而甲板之間凈間距只有7 100 mm，所以該洗滌器在平臺(tái)安裝非常困難。采用往復(fù)式壓縮機(jī)占用甲板面積約10 000 mm×4 000 mm，總質(zhì)量約50.3 t。

若采用螺桿式壓縮機(jī)，省去了入口洗滌罐、中間洗滌罐及換熱器等設(shè)備，設(shè)備數(shù)量相比往復(fù)式壓縮機(jī)減少了3臺(tái)，占用甲板面積5 000 mm×3 500 mm，只有往復(fù)式壓縮機(jī)的43.8%；總質(zhì)量約20.2 t，只有往復(fù)式壓縮機(jī)的40.2%。螺桿式壓縮機(jī)具有更大的優(yōu)勢(shì)。

螺桿式壓縮機(jī)與往復(fù)式壓縮機(jī)相比，除了占地面積和設(shè)備質(zhì)量外，還有如下優(yōu)勢(shì)：往復(fù)式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，維修成本高[4]，在同等處理量的情況下，螺桿式壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)部件少，取消了氣閥、填料和活塞環(huán)之類易損件，節(jié)省了更換這些零部件的停工時(shí)間；螺桿式壓縮機(jī)不存在往復(fù)慣性力，因此允許壓縮機(jī)在較高的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，一般3～5年僅需更換密封件1～2次，方便運(yùn)行操作與管理，能適應(yīng)24 h連續(xù)生產(chǎn)的要求。但是往復(fù)式壓縮機(jī)的效率高，處理高壓的能力強(qiáng)，螺桿式壓縮機(jī)排氣壓強(qiáng)一般不能超過(guò)4.5 MPa[5]。

3 結(jié) 論

在海上平臺(tái)低壓伴生氣的回收領(lǐng)域，螺桿式壓縮機(jī)與往復(fù)式壓縮機(jī)相比，具有占地少、質(zhì)量輕、操作維修簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于海上平臺(tái)，因其有限的甲板面積和載重量，更適合采用螺桿式壓縮機(jī)。對(duì)需將伴生氣壓力提高到較高壓力的場(chǎng)合，也可采用螺桿式壓縮機(jī)與往復(fù)式壓縮機(jī)組合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而更加有效地利用海上平臺(tái)的面積，減少操作費(fèi)用。

[1] 黃懋浩.壓縮機(jī)維修及管理[J].科技與生活,2012(15): 214.

[2] 海洋石油工程設(shè)計(jì)指南編委會(huì).海洋石油工程設(shè)計(jì)概論與工藝設(shè)計(jì)[M].北京：石油工業(yè)出版社, 2007. 130.

[3] 嚴(yán)巍.工藝氣體螺桿壓縮機(jī)的選擇[J]. 流體力學(xué), 2007, 35(4): 40.

[4] 靳朝霞,高銘志. 天然氣壓縮機(jī)的選型和應(yīng)用[J].石油和化工設(shè)備，2012(5): 24.

[5] 鐘聲,劉玉泉,劉奇林,等.濕式工藝螺桿壓縮機(jī)在低壓氣井開采中的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè),2007, 27(6): 143.

ApplicationofFuelGasScrewCompressoronOffshorePlatform

SUN Dao-qing, BIAN Da-yong, HU Pan, YANG Meng， CUI Zheng-ming， SHAO Sheng-yu

(OffshoreOilEngineeringCo.,Ltd.,Tianjin300451,China)

Associated gas will be recycled during the processing of oil and gas on the offshore platform. The reciprocating compressor may be used for compression commonly. However, the screw compressor has more advantages compared with the reciprocating compressor. We describe the application of screw compressor based on a project on an offshore platform. The floorage of the screw compressor unit is about 43.8% of that of a reciprocating compressor unit, and the weight of the screw compressor unit is about 40.2% of that of a reciprocating compressor unit.

associated gas; reciprocating compressor; screw compressor; natural gas compressor; offshore platform

TE64

A

2095-7297(2014)02-0116-03

2014-04-24

孫道青(1982-)，男，碩士，工程師，主要從事油氣設(shè)備工藝計(jì)算和設(shè)計(jì)方面的研究。