國產無油螺桿壓縮機為海上油氣回收添利器

張重德，李 強

（中海石油天津分公司，天津 300452）

一、概述

海上石油平臺在原油開采過程中會產生大量的伴生氣，采用燃燒排放處理方式，不僅污染環境，而且造成浪費。目前海上平臺所生產的油、氣、水三相混合物處理流程(圖1)通常采用三級脫水、脫氣穩定。在一級游離水分離器中分離出的大量天然氣，多數能夠直接供應用戶或增壓后供發動機等高壓用戶利用，多余部分回注地層或做為商品氣通過海底管線進行外輸；而二級熱化學分離器中的低壓閃蒸天然氣則直接排放到火炬放空，如將這部分天然氣回收利

用，可提高油田效益，并減少環境污染。

圖1 海上平臺伴生氣分離流程

目前幾乎所有海上平臺的天然氣增壓均采用多級往復式活塞壓縮機，但該壓縮機存在著進氣要求高、級間需要冷卻和洗滌、振動大、基礎要求高、占地大等問題，因此需要一種新型壓縮機來滿足一些邊際油田的開發工作。

二、國內無油螺桿壓縮機的設計制造能力

螺桿壓縮機具有高效、節能、性能穩定等諸多優勢，已逐步被消費者所認知，從而得到了較快的發展。中國船舶總公司七一一研究所螺桿工程部是專門從事節能環保型螺桿機械的研制機構，已成功地開發和應用了工藝氣螺桿壓縮機組，有效解決了資源浪費和環境污染兩個重要問題。國產螺桿壓縮機組安全可靠，部分性能甚至優于國外產品，而售價僅為進口產品的50%，具有很強的競爭力。

國產螺桿壓縮機單機參數：排氣量為2 000～500×104m3/d；轉子直徑為153～1 090mm；排氣壓力為4.0MPa；軸功率為37～9 000kW；驅動方式為電機、汽輪機、燃氣發動機及燃氣透平。

目前，中海油的海上平臺動力電站主要為透平發電機和重油發電機驅動，其中80%為柴油及天然氣的雙燃料透平發電機，產地為美國索拉透平國際公司，表1所列為該公司燃氣透平系列產品參數。

表1 索拉透平國際公司燃氣透平參數

由表1可以看出，國產無油螺桿壓縮機完全可以滿足centaur40到Titan250對燃料氣的需求。

三、螺桿壓縮機的工作原理

螺桿壓縮機是一種容積式氣體壓縮機械。其基本結構如圖2所示。在壓縮機的機體中，平行地配置著一對相互嚙合的螺旋形轉子。通常把節圓內具有凸齒的轉子稱為陽轉子，具有凹齒的轉子稱為陰轉子。陽轉子為驅動軸。

該陰、陽轉子相互嚙合，按一定傳動比旋轉，在旋轉中產生周期性的容積變化，完成氣體的吸入、壓縮和排出。

因螺桿壓縮機工作原理和往復式壓縮機相同，分吸入、壓縮和排出三個過程，所以排氣有

脈動性，但由于螺桿壓縮機轉速高，齒數又多，氣流可視為平穩均勻的。因其漏氣損失和機械損失都很低，可獲得較高的容積效率。

圖2 螺桿壓縮機結構示意圖

四、海上采油平臺螺桿壓縮機的應用

無油螺桿壓縮機由于其具備混輸能力、機組總體尺寸較小、對前置處理系統要求低、振動性能優良、維護性能優良等優勢，尤其適用于海上油田伴生濕氣的輸送。可以簡化平臺流程、減少平臺空間占用，總體性能價格比優勢很大。

海上油田伴生濕氣一般含有較多的C3以上的重組分，而且由于海上平臺空間的限制，不具備在平臺上對濕氣進行脫水脫烴的操作，如采用往復壓縮機或者噴油螺桿壓縮機進行增壓，必須對氣體進行嚴格的分離，甚至洗滌凈化。如采用無油螺桿壓縮機，可以不對來氣進行任何處理，直接進壓縮機增壓，不僅簡化了流程、減少了平臺空間占用，而且降低了工程整體造價。

以墾利項目為例，由于墾利3-2油田天然氣做為燃料存在著一定的缺口，需要引入補充，出于節能環保的考慮，墾利項目采用1臺無油螺桿壓縮機組對二級熱化學分離器低壓閃蒸氣進行增壓后再利用。

該閃蒸汽是典型的含水含重烴的油田濕氣，經工藝設計軟件hysys模擬計算，將一部分水隨燃料氣引入壓縮機中，可以直接起到降溫及密封的作用，選用噴水螺桿壓縮機用于補液調節系統補入少量的冷卻水，可保證壓縮機穩定高效運行。

墾利項目無油螺桿壓縮機系統流程如圖3所示。

圖3 墾利項目無油螺桿壓縮機系統流程圖

燃料氣來氣溫度為94.8℃，為提升壓縮經濟性，先經前置海水冷卻器冷卻，再進入壓縮機增壓至0.55MPa。壓縮后的氣體經過后置海水冷卻器降溫，再進入分離器進行油氣水的分離，然后進入工藝氣管網。分離出的水可以重新回到壓縮機入口循環利用。

油箱內的潤滑油通過油泵經潤滑油分配器分配給壓縮機內的同步齒輪、軸承及機械密封，對這些機械部件進行潤滑。升溫之后的潤滑油重新回到油箱，經油泵進入潤滑油空冷器降溫，再循環噴入壓縮機。

該流程最有價值的部分是充分利用了無油螺桿壓縮機的混輸能力，氣體經冷卻后直接氣液混輸進入壓縮機，省卻了前置分離器，同時也省卻了分離器的液位控制系統和排液泵，讓壓縮流程變得更短，操作更方便。

墾利3-2中心平臺低壓閃蒸天然氣排量約631.8m3/h，每天約1.5×104m3，按單價2元/m3計算，每年可節約燃料費用約1 095萬元，初期購買低壓螺桿壓縮機的費用為300萬元，經濟效益可觀。

五、結語

螺桿壓縮機由于同時具備旋轉式壓縮機優良的維護性能和容積式壓縮機的強制輸氣能力，尤其是無油螺桿壓縮機還具備混輸能力，在其適用的范圍內性能優勢巨大。因此，螺桿壓縮機將可能在更多的工況下替代往復壓縮機和離心壓縮機，成為海上油氣田的主力機型。

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