海上平臺低壓氣回收系統(tǒng)優(yōu)化與改造

張祥榮，陳邊江，易鵬，鮑會召(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

0 引言

南海某氣田低壓氣回收系統(tǒng)主要作用是用于回收放空天然氣，在創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益的同時，減少碳排放，實現(xiàn)節(jié)能減排。低壓回收氣系統(tǒng)流程為來自凝析油緩沖罐里的閃蒸天然氣(約100 kPa)經(jīng)過一、二級螺桿壓縮機進(jìn)行增壓(約1 750 kPa)后進(jìn)入出口緩沖罐進(jìn)行氣液分離，氣相進(jìn)入脫水、脫烴系統(tǒng)，處理達(dá)標(biāo)后外輸至下游用戶，液相部分回流至螺桿機進(jìn)口進(jìn)行冷卻，其余部分外輸。螺桿壓縮機一、二級電機均為變頻控制，頻率通過一、二級入口壓力控制。

1 低壓回收系統(tǒng)簡介

1.1 冷卻水系統(tǒng)

冷卻水循環(huán)管線將冷卻水噴入壓縮機腔體內(nèi)，與高溫高壓氣體一起排出，經(jīng)冷卻、分離、過濾后，重新噴入壓縮機腔體。噴液的目的一是對螺桿壓縮機陰陽轉(zhuǎn)子進(jìn)行冷卻，二是通過冷卻水對壓縮機陰陽轉(zhuǎn)子間隙進(jìn)行液封，阻止介質(zhì)從高壓端向低壓端泄漏。啟機過程中，因系統(tǒng)壓力未建立需要從橇外補充冷卻水，待出口緩沖罐壓力、液位建立完畢后可以通過冷卻水循環(huán)調(diào)節(jié)閥開關(guān)實現(xiàn)冷卻水內(nèi)部自循環(huán)。

1.2 潤滑系統(tǒng)

滑油系統(tǒng)主要包括兩臺潤滑油齒輪泵、雙聯(lián)過濾器、高低壓潤滑管匯、潤滑油箱、滑油風(fēng)冷器、高位油箱(10 m垂直高度差)等部分組成?；拖鋬?nèi)的潤滑油吸入油泵，然后流經(jīng)油冷卻器，經(jīng)過雙聯(lián)式油過濾器的過濾，最后分配到各注油點。低壓管匯滑油用于機組進(jìn)排端軸承、齒輪及平衡活塞等零部件的潤滑，高壓管匯滑油用于機組機械密封的潤滑冷卻和軸向力的平衡。潤滑油的壓力通過自力式調(diào)節(jié)閥來控制，只有當(dāng)油泵啟動并建立油壓以后，壓縮機才允許啟動。

2 低壓回收氣系統(tǒng)運行中的故障及解決措施

2.1 螺桿壓縮機一、二級天然氣入口溫度低、級間壓差大

螺桿壓縮機在運行時過程中出現(xiàn)，一級入口天然氣溫度比上游來氣溫度低約10 ℃，一級螺桿壓縮機出口壓力比二級螺桿壓縮機入口壓力低約100 kPa，存在級間壓差的現(xiàn)象。同時在保持入口壓力設(shè)點時，螺桿機壓縮機電機出現(xiàn)電流過載的故障。

2.1.1 原因分析

(1)循環(huán)冷卻水通過出口緩沖罐經(jīng)過管線回流至一、二級螺桿壓縮機入口進(jìn)行噴液冷卻。緩沖罐為兩相分離器，存在設(shè)計缺陷，回流的冷卻水存在大量凝析油，凝析油通過高壓端進(jìn)入低壓端，出現(xiàn)閃蒸、氣化、膨脹吸熱，導(dǎo)致入口天然氣降溫，大量氣淤積在二級入口，導(dǎo)致一、二級存在壓差。

(2)一、二級入口壓力變送器安裝位置正對循環(huán)冷卻水，循環(huán)冷卻水含有大量凝析油回流至螺桿壓縮機入口閃蒸后，壓力高于設(shè)點，變頻器開始升頻增加負(fù)荷，導(dǎo)致機組超過設(shè)計能力出現(xiàn)電機電流過載停機。

2.1.2 解決措施及建議

上述故障的主要原因是循環(huán)冷卻水含油大量凝析油，凝析油回流后進(jìn)行降壓閃蒸，解決的思路即減少凝析油回流。首先是建立較高的油水界面，確?；亓骼鋮s時以水為主，將二級出口緩沖罐自動排液閥LV2802的排液位區(qū)由原來的350～380 mm調(diào)高為370～385 mm，機組連續(xù)運行時間明顯延長，運行一段時間后又出現(xiàn)同樣故障。再次分析確認(rèn)回流的冷卻水不斷的被凝析油稀釋，入口凝析油再次氣化導(dǎo)致的關(guān)停。由于出口緩沖罐為兩相(氣/液)分離，可通過加油水堰板將其改造成三相分離器，使回流冷卻水來自于水腔。但考慮到增加堰板的方式風(fēng)險較高并且更改了原有壓力容器的屬性，決定使用簡單改造方案，延長凝析油自動排液管線80 mm模擬三相分離器，油、氣、水在出口緩沖罐進(jìn)行分離，凝析油位于油水界面上層通過凝析油自動排液管線排放至下游外輸容器，位于油水界面下層的水通過循環(huán)冷卻水管線回流至螺桿壓縮機入口進(jìn)行噴液冷卻，達(dá)到了冷卻水不斷循環(huán)重復(fù)利用的效果。出口緩沖罐內(nèi)部改造前后比對如圖1所示。

圖1 出口緩沖罐內(nèi)部改造前后比對圖

2.2 螺桿壓縮機異常掉電后機封損壞

平臺生產(chǎn)期間因電站意外掉電使機組意外停機，停機后發(fā)現(xiàn)機組機械密封故障性磨損，導(dǎo)致冷卻水進(jìn)入滑油系統(tǒng)，滑油發(fā)生乳化污染。

2.2.1 原因分析

(1)低壓天然氣回收系統(tǒng)掉電后，潤滑系統(tǒng)滑油泵失電導(dǎo)致滑油壓力瞬間失壓，而10 m垂直高度的高位油箱作為后置潤滑，無法與停機后螺桿壓縮機天然氣進(jìn)出口壓差進(jìn)行平衡。螺桿壓縮機停機瞬間，機組在慣性力的作用下短時間運轉(zhuǎn)，由于機械密封軸向力不平衡，進(jìn)而造成機械密封的故障性磨損。

(2) 10 m垂直高度滑油液柱壓力約0.085 MPa，停機瞬間一級進(jìn)出口壓差為0.4 MPa，二級進(jìn)出口壓差1.25 MPa。后置潤滑供壓不足，主滑油泵供電方式非應(yīng)急電源，導(dǎo)致后潤滑不足，機封損壞。

2.2.2 解決措施及建議

(1)將機械密封由濕式密封改為干氣密封，不需要用潤滑油來平衡密封壓力，而是通過氮氣來實現(xiàn)。改造干氣密封涉及改變整個機組原有設(shè)計，改造成本、難度均較大，不符合現(xiàn)場生產(chǎn)要求。

(2)另一思路是確保掉電后機械密封仍能夠保持持續(xù)性的壓力潤滑，可通過增加一套不間斷電源給兩臺潤滑齒輪油泵供電，并且將滑油泵供電模式由平臺電站供電改為應(yīng)急不間斷電源供電，改造成本較高。

(3)基于潤滑油量要滿足1.2～1.5 MPa壓力下3 min 600 L要求，并且要滿足失電后的潤滑需求，決定利用平臺閑置設(shè)備設(shè)施對潤滑系統(tǒng)進(jìn)行改造應(yīng)急滑油罐，滿足掉電后的潤滑作用，經(jīng)研究出口洗滌罐V-2814(閑置)滿足使用要求，設(shè)計壓力為10.2 MPa，容積0.65 m3，工作溫度5～70 ℃。

流程改造：改造思路為在主滑油流程上增加一路應(yīng)急油路。正常運行情況螺桿壓縮機由主滑油路進(jìn)行供油，在機組失電情況下由應(yīng)急油路供電，打開應(yīng)急油路關(guān)斷閥，供油時間累積至180 s或者應(yīng)急滑油罐液位較低后關(guān)閉關(guān)斷閥，防止應(yīng)急滑油罐覆蓋氣竄入潤滑系統(tǒng)。應(yīng)急滑油罐使用氮氣充壓至1.6 MPa進(jìn)行保壓，功能上與大型儲能器類似，罐體上安裝相應(yīng)的監(jiān)測儀表進(jìn)行監(jiān)控，待滑油液位及壓力下降時及時進(jìn)行補充。

2.3 電機電流頻繁過載

螺桿機在運行過程中，二級電機電流一直存在著運行超標(biāo)的現(xiàn)象，變頻運行最大值為472 A，高于電機的額定電流386.7 A，頻繁出現(xiàn)過載停機。

2.3.1 原因分析

對工藝流程、電流顯示、電機選型、機械零件裝配工藝等問題進(jìn)行原因排查，發(fā)現(xiàn)二級壓縮機進(jìn)氣端(非驅(qū)動端)零部件有剛性摩擦磨損。分析原因主要為機封無法按照配合完全裝進(jìn)機體，機封座與機體有1.5 mm的間隙，使機械密封裝配不到位，導(dǎo)致機封磨損，電機負(fù)荷增大，長期運行會使機封密封失效，滑油污染。

2.3.2 解決措施及建議

(1)針對后端將機封上末端推環(huán)厚度通過車床加工，斷面車削掉1.5 mm，去除推環(huán)的裝配影響。

(2)設(shè)計并制作機械密封試壓工裝，提升機械密封檢修效率，實現(xiàn)離線試壓測試。

(3)螺桿機機體兩側(cè)加裝帶閥門的呼吸管，平常關(guān)閉，巡檢時打開閥門，通過對管口天然氣的監(jiān)測實現(xiàn)對機械密封泄漏的提前判斷，其準(zhǔn)確性和預(yù)判性優(yōu)于對滑油含水率的檢測及滑油液位的監(jiān)控。

3 結(jié)語

針對低壓回收氣系統(tǒng)運行時出現(xiàn)壓縮機級間壓差大、異常掉電后機封損壞、電機電流過載等問題，分析故障原因并進(jìn)行相應(yīng)適應(yīng)性改造，實施后低壓氣回收系統(tǒng)相應(yīng)故障消除，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，每年可回收天然氣750萬立方米，減少維修費用150萬元。