錦州25-1南平臺中壓壓縮機原動機改造項目設計方案分析

劉光成 歐陽俊 倪先鋒

(中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津 300452)

錦州25-1南平臺中壓壓縮機原動機改造項目設計方案分析

劉光成 歐陽俊 倪先鋒

(中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津 300452)

錦州25-1南CEP平臺設計有3臺中壓壓縮機,其驅動裝置為燃氣驅發動機,負責油田群天然氣外輸。油田群實際日產伴生氣近119萬方,比設計預估超出近30萬方/天,三臺壓縮機必須同時運轉才能達到外輸需求。任意一臺壓縮機在維護或故障時,部分天然氣只能火炬放空處理,造成環境污染和資源浪費。在目前電力組網的大環境下具備富裕電量,若將燃氣驅發動機改為電驅發動機,單臺壓縮機外輸能力可以提高到60萬方/天。兩臺壓縮機就可以完成油田群伴生氣的外輸工作,實現壓縮機的兩用一備,達到節能減排的目的。

壓縮機 電驅 天然氣 節能減排

1 項目概況

由于區域開發需求，錦州25-1南CEP平臺的電站是按四臺大力神透平配置，且與錦州25-1CEP兩臺大力神透平進行了電力組網，目前為三用三備的狀態，電力滿足改電驅要求。改為電驅后，單臺壓縮機外輸能力可以提高到60萬方/天，兩臺就可以完成油田群伴生氣的外輸工作，實現壓縮機的兩用一備。避免壓縮機在維護或故障時部分天然氣的放空，造成環境污染和資源浪費。

錦州25-1南平臺中壓壓縮機原燃氣發動機單臺日耗氣量為7000方/天，由燃氣驅改為電驅后，透平給單臺壓縮機供電耗氣量為5000方/天，三臺每年減少天然氣耗氣量約為219萬方。三臺壓縮機可增加外輸天然氣15萬/天，平均每年可增加外輸天然氣近1.1億方。

本項目包括錦州25-1南CEP平臺的三臺中壓壓縮機的燃氣驅原動機改為電動機驅動(拆除原中壓機燃氣輪機，安裝新增電機)，同時增加電機的配套設施(四面開關柜、一面限流柜、3臺變頻啟動柜)，以及相應的工藝、機械、電氣、儀表配套設備、設施的改造。主要工作內容包括詳細及加工設計校核、主要設備采辦以及甲板外擴(36000mm×4800mm)、新增電氣開關間、設備海上安裝和調試投用等。

2 設計基礎

環境條件

最高氣溫34℃

最低氣溫-21.9℃

風速42.5m/s

大氣環境海上平臺，潮濕含鹽

電源

6.3KV，3ph，50Hz，

380v，3ph，50Hz，

220v，2ph，50Hz，

所在危險區域

CLASSⅠ，DIVISION2，GROUPD

規范和標準

錦州25-1南油田開發項目所遵循的標準規范及完工文件

3 改造設計方案

3.1 機械方案

改造前，錦州25-1南CEP平臺三臺中壓壓縮機為美國COOPER公司的WG62(一級缸13”，二級缸9”)，其最高轉速為1200RPM，驅動機為美國WAUKESHA公司的P9390GSI天然氣發動機，最高轉速為1200RPM，最大功率1470KW。改造后要求壓縮機因能在指定的工況參數和環境條件下，長期連續安全可靠運行，并能充分發揮其全部功能。

中壓壓縮機在1200RPM運行時的最大功率為1433KW，為此我們選擇高壓電動機和變頻器替換原燃氣電動機，電動機額定轉速1200RPM，額定功率功率1800KW，額定電壓6300V。經變頻后電機能在800～1200RPM范圍內安全可靠的運行。采用變頻器，不僅可以對壓縮機排量進行相應調節，同時減小大功率電機啟動時對電網的沖擊。

壓縮機的工藝氣管路和潤滑油管路是獨立的管路系統因此不做改造，而壓縮機的冷卻系統中，冷卻一級缸(13”)和潤滑油的冷卻液是與發動機的輔助水共用冷卻液，因此該系統需要改造。改造時保留輔助水冷卻器，去掉發動機部分的冷卻液管線，增加循環水泵和溫控閥。

3.2 電氣方案

新增電動機應與原燃氣發動機功率匹配，燃氣發動機功率約為1400KW，新增三臺電動機組運行總功率約為4200KW。根據逐年組網計算負荷與實際負荷對比，JZ25-1S油田群電網的實際功率僅為計算負荷的50%左右，2014年至2016年預測實際功率將逐步接近計算負荷(最大至82%)，2017年整個電網負荷呈下降趨勢，因此JZ25-1S油田群電網裝機容量滿足改造后的負荷需求。

經初步模擬，依據JZ25-1S與JZ25-1組網的模型，改為電驅后，原錦州25-1南油氣田CEP平臺6.3千伏母排短路電流由原來的49.61KA，增加到50.94KA左右(額定為50KA)，無法滿足保護要求。

在透平出口開關或母排聯絡開關處增加快速限流器，以滿足當母排發生短路時及時動作以限制短路電流，維持的電網安全穩定。此次改造需要增加開關柜4面，變頻器3臺(變頻器廠家出廠自帶雙濾波功能)，快速限流器1臺。

改造完畢后，對于新增加了三臺1800KW電動機，原電網的EMS系統優先脫扣等功能需要重新優化調整。

3.3 結構方案

由于增加了變頻器、開關柜、快速限流器等電氣設備，現錦州25-1南平臺MCC間無法放置所有設備，所以對平臺中層東側甲板進行外擴同時加裝房間，外延的甲板長約36米，寬約4.8米。新增電氣房間，長約36米，寬約4.8米，高約4米，新增房間按照主開關間規格要求進行建造。

本次改造部分增加設備較多，壓縮機區域原燃氣輪機總重13T，改為電機后，電機重量約10t，重量有所減少，只需將底座進行部分改造，以滿足電機安裝需求。

新增兩個電氣房間，放置三臺變頻器(重量約10t/臺)，四面中壓配電盤(2t/面)，一面限流柜(1t/面)，4臺空調(單臺重量約1t)、風機等。

對結構整體進行校核后可知，外擴甲板及新增電氣間結構校核滿足要求。

3.4 儀表控制系統方案

根據工藝流程需要增加現場儀表設備、火氣探測設備，并且將這些設備和儀表與原中控系統連接，實現中控系統對新增設備的監控。具體儀表包括：熱探頭，煙感探頭，可燃氣探頭，室內CO2聲光報警裝置，室外CO2聲光報警裝置，CO2釋放按鈕盒，CO2抑制按鈕盒，電磁閥，風閘顯示盒等。

將新增現場儀表、火氣探測設備等相關通訊，分別接入中控系統相應機柜的端子。然后根據改造內容，結合工藝安全分析表，完成系統程序邏輯的修改，實現控制系統對新增設備的監控。

中控完成整體組態后，結合安全系統進行火氣系統的整體調試。

3.5 HVAC方案

根據業主要求，新增房間按照主開關間的要求來進行建造，經計算房間散熱量后，需要對新增房間各安裝以下設備：2臺離心送風機、2臺防火風閘、1臺排風防火風閘及通風系統附件、2臺止回風閘、1臺重力風閘、送風和排風風道，4臺分體空調及空調相關附件、6套防火風閘指示盒及手拉盒。

新增房間HVAC設備安裝完成后，對整體HVAC系統調試。

3.6 安全方案

為嚴格執行平臺安全制度，需在每個新增房間增加6套二氧化碳滅火器及支架，并放置防火毯；

經過對原二氧化碳系統的覆蓋面積進行核算，能夠滿足本次新增房間的消防需求，需要在原二氧化碳系統增加電磁閥，對新增房間進行管網布置，增加管線及閥門。

二氧化碳系統改造完成后，進行系統整體調試。

4 項目進展

目前JZ25-1南CEP平臺已完成外擴甲板和新增電氣開關間的施工，并對A壓縮機進行了原動機的改造。在由燃氣驅原動機改為電動機后，A壓縮機外輸天然氣系統運轉良好，達到了設計需求。現計劃對剩下的B、C壓縮機進行相關改造，預計項目于三月底完工。

5 經濟評價

隨著調整井的不斷增加，JZ25-1南CEP平臺天然氣外輸的壓力增大，原需要三臺壓縮機同時運行才能達到外輸要求。如果任意一臺壓縮機需要維護或出現故障時，這部分天然氣只能通過火炬放空。將壓縮機的燃氣驅動改為電動機驅動后，壓縮機組每年減少天然氣消耗量約219萬方，并且減少火炬放空的天然氣消耗約1.1億方。壓縮機原動機由燃氣驅動時，三臺燃氣驅動發動機平均年維修費用約為463萬元；而壓縮機改為電驅后，電動機及相關設備平均年度維修費僅為6萬元/年。

結合工程的投資預算以及未來石油的價格走向，JZ25-1南CEP中壓壓縮機原動機改造項目在經濟年限內，收益完全滿足基準收益率。中壓壓縮機原動機改造的成功實施，不僅體現了中海石油天津分公司堅持利用科技創新來提高企業生產力的理念，同時做到了堅持利用科技創新來保護環境和資源的目的。

6 結語

錦州25-1南CEP平臺中壓壓縮機原動機由燃氣驅動改電驅后，可以更好的進行資源的有效利用，減少資源浪費，降低環境污染，提高經濟效益，切實地執行了中國海洋石油總公司關于節能減排的企業理念。

[1]周新剛,呂應剛.海上電力孤島組網工程技術.清華大學出版社, 2013.

[2]海洋石油工程設計指南編委會.海洋石油工程平臺結構設計.石油工業出版社,2007.

[3]陳立香.變頻調速.機械工業出版社,2009.

[4]黃春芳.天然氣管道輸送技術.中國石化出版社,2009.

Jinzhou 25-1 South CEP platform is designed with three Medium pressure compressor.Its drive unit is the gas engine. The compressors are responsible for the natural gas transportation of oilfields.The actual associated gas production of oilfields is nearly 119 cubic meters every day,exceeded estimated nearly 30 cubic / day.Three compressors must operate simultaneously in order to achieve transportation requirements. When one compressor is under maintenance or break down, part of natural gas can only be treated with flame,which causes environmental pollution and waste of resources.In the current environment of the power grid interlink,the electric power is surplus.If the gas engine is replaced by electric engine,the transmission capacity of single compressor can be increased to about 60 Articles / day.Then two compressors can complete the work of associated gas transportation.The greatest energy saving and emission reduction can be achieved by the the Compressor's two-using and one-alternate.

Compressor Electric drive Natural gas Energy conservation