海洋平臺天然氣壓縮機原動機由燃氣驅改電驅技術研究

毛麗娟，劉力煒，辛青青，張月玲

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

本項目主要涉及結構專業(yè)、機械專業(yè)、配管專業(yè)、電氣專業(yè)及儀表專業(yè)的工作，具體包括管線防護，中壓盤、限流器、變頻器、輔助水循環(huán)泵橇的安裝，燃氣機拆除，底座改造，控制盤改造，電機及輔助水循環(huán)泵安裝，管道安裝，電纜橋架安裝，電纜鋪設，電纜耐壓測試，設備調試等。

1 機械專業(yè)

壓縮機組工作參數[1]：進氣壓力1.6～1.8MPaG；進氣溫度40～45℃；排氣壓力6.0～6.5MPaG；機組轉速800～1200rPm。

壓縮機技術要求[2,3]：要求對中壓壓縮機由天然氣發(fā)動機驅動改為高壓電機驅動； 壓縮機及工藝氣管路不做改動。 改造后機組能在指定的工況參數和環(huán)境條件下長期連續(xù)安全可靠運行， 能充分發(fā)揮壓縮機的全部功能。

機械改造方案研究： 中壓壓縮機為美國COOPER 公司的WG62 一級缸13”,二級缸9”,最高轉速為1200rPm。

我們選擇高壓電動機和變頻器(集成整流變頻器)，電機轉速1200rPm 時，功率1500kW，電壓6300V/3PH/50HZ。 經變頻后電機能在800～1200 rpm 范圍內安全可靠的運行。壓縮機改電機驅動后需增加飛輪、重選聯軸器、軸系進行扭振分析；控制系統(tǒng)改造和PLC 重新編程；冷卻系統(tǒng)改造；現場發(fā)動機及相關管線拆除， 拆除后安裝電機的空間足夠；現場進行飛輪安裝，聯軸器安裝找正，電機底座焊接、電機地腳螺釘處環(huán)氧樹脂灌漿和電機安裝。

通過與變頻器和電機廠家進行了溝通，給電機增加變頻器的方案及電機與壓縮機之間增加變速箱的方案基本可行，但考慮到壓縮機橇內空間有限，增加變速箱相應會增加占用空間；若采用變頻器， 不僅可以對壓縮機排量進行相應調節(jié)， 同時減小大功率電機啟動時對電網的沖擊，推薦采用增加變頻器改變壓縮機轉速的方案。

設備拆除及調試：1）燃氣機的拆除——燃氣機組長約4.3m，中部寬度約1.6m，經拆解后的吊裝高度約2m，燃氣輪機整機重13040kg。 在燃氣機頂部合適位置焊接臨時吊點。 拆除燃氣機的附屬設備，包括燃料氣進氣管線、滑油系統(tǒng)、輔助水系統(tǒng)、缸套水系統(tǒng)、海水冷卻系統(tǒng)等，將內燃氣同平臺工藝管線進行隔離， 此部分工作可使用壓縮機頂部檢修的滑道梁。 拆除燃氣機同壓縮機的聯軸器。 拆除地腳螺栓，通過懸掛在臨時吊點的倒鏈，將燃氣機主機從橇體拆除。 燃氣機煙管的拆除。 在煙管和消音器上側合適位置焊接臨時吊點并加掛倒鏈。 使用倒鏈將煙管固定后進行分解拆除。 拆除煙管支架及煙管。

2）電動機的安裝調試——在原燃氣機二級底座的基礎上，根據電動機的尺寸，以及電動機廠家的安裝要求，對原底座進行結構改造。 使用倒鏈將電機就位到改造完成的底座上并臨時固定。 連接電機同壓縮機的聯軸器，對聯軸器進行找平對中。 對電動機進行固定。

3）安裝輔助水循環(huán)泵——因壓縮機循環(huán)水使用的是內燃機的機載泵，在內燃機拆除后，需要在合適位置重新加一套輔助水循環(huán)泵， 并對管線進行適當的改造， 原內燃機機載泵為36.6Psi，可作為參考選型，電機電纜可使用原機載泵電纜。

4）對壓縮機底座進行設計包括靜態(tài)分析。

2 電氣方案

2.1 供電部分

將目前的三臺中壓壓縮機燃氣發(fā)動機改為電機驅動， 新增三臺電動機組運行總功率約為4200kW， 目前油田群電網能夠滿足新增4200kW功率需要。

經過初步模擬， 油田組網的模型改為電驅后， 原平臺6.3kV 母排短路電流由原來的49.61kA，增加到50.93kA 左右（額定為50kA），無法滿足要求，需要進行改造，以滿足其短路電流要求。 改造方案為：在透平出口開關或母排聯絡開關處增加快速限流器，以滿足當母排發(fā)生短路時及時動作限制短路電流；此方案可以滿足電網的安全穩(wěn)定需求，根據原母排短路電流的具體核算情況，并增加快速限流器。 改造后單線圖見圖1。

圖1

2.2 電氣設備

由圖1 可以看出：此次改造需要增加變頻器3臺（變頻器廠家出廠自帶雙濾波功能），開關柜4面及快速限流器1 臺。

2.3 電纜敷設

1）從主開關間敷設電纜到新增房間，新增房間敷設開關柜到變頻器電纜， 變頻器到設備電纜，新增的空調及風機需要敷設動力電纜，新增房間敷設照明電纜；中壓電纜需要進行耐壓測試及絕緣測試。

2）原中壓機處有給中壓機控制盤、加熱泵、循環(huán)泵供電的低壓動力電纜，經與平臺確認，原低壓動力電纜可以給新增電機控制盤、 加熱器及相關附屬設備供電， 不需要重新鋪設低壓動力電纜。

2.4 短路電流等

新增電機中壓啟動，電機啟動及運行時對平臺電網的影響需要做進一步詳細計算 （短路電流、高次諧波等）。

2.5 電網能量管理系統(tǒng)EMS 的局部調整

由于增加了三臺1700kW 電動機， 原電網的能量管理系統(tǒng)EMS 及優(yōu)先脫扣需要重新調整。

3 儀表控制系統(tǒng)方案

3.1 確定現場儀表、 火氣探測設備種類和數量，并落實來源。 根據工藝PID 來確定需要新增的現場儀表的種類和數量，預計新增的儀表有：8 個熱探頭，4 個煙感探頭，4 個可燃氣探頭，4 套室內CO2聲 光 報 警，4 套 室 外CO2聲 光 報 警，4 套CO2釋放按鈕盒，4 套CO2抑制按鈕盒，4 套電磁閥，6套風閘顯示盒。 新增現場儀表和火氣探測設備需提供技術文件進行采辦。

3.2 確定新增的設備監(jiān)控信號種類及數量。

3.3 根據新增設備的廠家資料、業(yè)主監(jiān)控要求以及安全專業(yè)新增相應設備的情況，確定需要接入原中控系統(tǒng)的新增設備信號種類和數量，預計所有新增信號為46 個點左右。

3.4 確定電纜的種類、數量及電纜路徑，完成電纜敷設。 根據新增現場儀表設備、火氣探測設備和新增設備監(jiān)控信號的位置、所屬系統(tǒng)及信號類型確定電纜種類、數量。 另外，根據新增現場儀表和火氣探測設備、新增設備監(jiān)控信號及中控室的位置，同時盡量利用原平臺托架，確定電纜走向，并完成敷設。

3.5 中控系統(tǒng)I/O 擴容和控制邏輯修改將新增現場儀表、火氣探測設備及新增設備監(jiān)控信號按所屬系統(tǒng)和I/O 信號類型的不同， 分別接入中控系統(tǒng)相應機柜的端子，完成接線工作，預計PCS 系統(tǒng)新增32 個點，ESD 系統(tǒng)新增14 個點。 最后根據改造內容，結合工藝安全分析表，完成因果邏輯的修改，實現控制系統(tǒng)對新增設備的監(jiān)控。

3.6 控制模塊。 中壓機驅動由燃氣發(fā)動機更換為電機，壓縮機部分不變，新增電機的控制模塊整合在原現場控制盤內。

3.7 系統(tǒng)調試。 中控完成整體組態(tài)后，結合安全系統(tǒng)進行火氣系統(tǒng)的整體調試。

4 存在問題及風險

在不停產改造期間需要廠家對中壓壓縮機的震動各種工況進行分析，做好結構變動引起高振動應急方案， 保證順利生產； 改造增加對平臺新增載荷進行重心核算，評估對平臺的結構影響；原燃氣發(fā)動機和煙囪拆裝，新電機設備重量大，運輸風險大，重量接近平臺吊機極限；不停產的情況下在危險區(qū)熱工和電氣施工，安全需要注意。

5 經濟評價

現有的3 臺中壓壓縮機負責油田群天然氣外輸，3 臺壓縮機均為燃氣驅動發(fā)電機。 壓縮機改為電驅后， 壓縮機組1a 減少天然氣消耗量約354 萬m3， 并且減少火炬放空的天然氣消耗約3.2 億m3。

壓縮機原動機由燃氣驅動時，每臺壓縮機日常維修費58 萬元/a，每8000h 要對燃氣驅壓縮機進行維護的費用70 萬元，每24 000h 維修的費用117 萬元，每48000h 維修的費用173 萬元。 壓縮機改為電驅后，預計每臺電驅壓縮機日常維保費0.1 萬元/a， 另外每40000h 要對電驅壓縮機進行維護的費用為5 萬元。

中壓壓縮機原動機由燃氣驅動改電驅項目不僅可以達到節(jié)能減排目的，也具有一定的經濟效益，建議實施。