螺桿式天然氣壓縮機在海上平臺的應用

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在海上平臺的應用

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)

海上平臺采油過程產生大量伴生氣。為了有效回收利用這些伴生氣，以往常用往復式壓縮機進行加壓。通過國內某平臺一實際項目，論述了螺桿式壓縮機在該領域的應用。列舉了螺桿式壓縮機相比往復式壓縮機的優勢：螺桿式壓縮機占用平臺面積只有往復式壓縮機的43.8%，質量只有往復式壓縮機的40.2%。

伴生氣； 往復式壓縮機； 螺桿式壓縮機； 天然氣壓縮機； 海上平臺

0 引 言

海上平臺油氣處理過程中產生大量的伴生氣。由于伴生氣氣壓較低，若要回收利用這些伴生氣，就需要進行加壓。天然氣壓縮機常用形式包括活塞式、離心式和螺桿式三種。其中離心式壓縮機在海上采油平臺較少運用，最常用的為往復式天然氣壓縮機。本文以國內某海上平臺為例，論述了螺桿式壓縮機相比往復式壓縮機在回收低壓伴生氣方面的優勢。

1 方案概述與選型

國內某海上采油平臺，采油過程中產生了大量的伴生氣，每天約105Sm3(1 Sm3即在1.01325×105Pa的標準壓強、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火炬燃燒掉，造成了很大的資源浪費。為了能夠回收利用這些氣體，需要將伴生氣加壓到2.0 MPa，供平臺透平所用。以下通過對比往復式壓縮機和螺桿式壓縮機的優缺點，來確定合適的壓縮方案。

1.1 往復式壓縮機

在選用往復式壓縮機進行加壓時，往復式壓縮機對含液氣體敏感，氣體中含有的液體會造成液擊，從而會給壓縮機帶來嚴重傷害，輕則需要全面修理，重則需要直接更換壓縮機的缸體等配件[1]。為此，壓縮機每一級的入口均需設置相應的分液裝置，即入口洗滌罐。洗滌罐工藝尺寸依據沉降速度來計算，計算沉降速度時, 一般取液滴直徑極限為100 μm[2]。整個壓縮流程如圖1所示。

伴生氣經過進氣冷卻器冷卻到40 ℃后，進入入口洗滌器進行氣液分離，然后進行一級壓縮、冷卻、分離和二級壓縮、冷卻、分離，產生氣壓為2.0 MPa，40 ℃的伴生氣，供透平所用。通過對整個流程進行模擬計算，得到設備參數如表1所示。

圖1 往復式壓縮機壓縮流程Fig.1 Compression process of reciprocating compressor

表1 往復式壓縮機系統主要設備清單

注：ID表示內徑；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

若選用螺桿式壓縮機，則壓縮流程如圖2所示。

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

伴生氣經過進氣冷卻器冷卻后，進入螺桿壓縮機壓縮，壓縮過程控制溫度不超過200 ℃[3]，控制壓縮溫度的方法是噴冷卻液；壓縮后的伴生氣進入出口冷卻器進行冷卻，最后進入出口緩沖罐進行氣液分離。通過設計計算，得到的主要設備參數如表2所示。

表2 螺桿式壓縮機系統主要設備清單

2 方案對比

若采用往復式壓縮機，壓縮機入口的洗滌罐體積較大，加上底座高度后，總體高度將達到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安裝非常困難。采用往復式壓縮機占用甲板面積約10 000 mm×4 000 mm，總質量約50.3 t。

若采用螺桿式壓縮機，省去了入口洗滌罐、中間洗滌罐及換熱器等設備，設備數量相比往復式壓縮機減少了3臺，占用甲板面積5 000 mm×3 500 mm，只有往復式壓縮機的43.8%；總質量約20.2 t，只有往復式壓縮機的40.2%。螺桿式壓縮機具有更大的優勢。

螺桿式壓縮機與往復式壓縮機相比，除了占地面積和設備質量外，還有如下優勢：往復式壓縮機的結構更為復雜，維修成本高[4]，在同等處理量的情況下，螺桿式壓縮機運動部件少，取消了氣閥、填料和活塞環之類易損件，節省了更換這些零部件的停工時間；螺桿式壓縮機不存在往復慣性力，因此允許壓縮機在較高的轉速下運行，一般3～5年僅需更換密封件1～2次，方便運行操作與管理，能適應24 h連續生產的要求。但是往復式壓縮機的效率高，處理高壓的能力強，螺桿式壓縮機排氣壓強一般不能超過4.5 MPa[5]。

3 結 論

在海上平臺低壓伴生氣的回收領域，螺桿式壓縮機與往復式壓縮機相比，具有占地少、質量輕、操作維修簡便等優點，對于海上平臺，因其有限的甲板面積和載重量，更適合采用螺桿式壓縮機。對需將伴生氣壓力提高到較高壓力的場合，也可采用螺桿式壓縮機與往復式壓縮機組合的方式來實現，從而更加有效地利用海上平臺的面積，減少操作費用。

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

[2] 海洋石油工程設計指南編委會.海洋石油工程設計概論與工藝設計[M].北京：石油工業出版社, 2007. 130.

[3] 嚴巍.工藝氣體螺桿壓縮機的選擇[J]. 流體力學, 2007, 35(4): 40.

[4] 靳朝霞,高銘志. 天然氣壓縮機的選型和應用[J].石油和化工設備，2012(5): 24.

[5] 鐘聲,劉玉泉,劉奇林,等.濕式工藝螺桿壓縮機在低壓氣井開采中的應用[J].天然氣工業,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，主要從事油氣設備工藝計算和設計方面的研究。