海上油氣田往復式壓縮機驅動方式比選研究

張建梁(海洋石油工程股份有限公司，天津 300457)

0 引言

往復式壓縮機是海上油氣田開發項目中的設備之一，并被廣泛應用在油氣領域，并且在該領域中占據著至關重要的地位。它的組成部分大致包括可燃氣體增壓機、氣體注入增壓機以及伴生氣體增壓機外輸。一般情況下，壓縮機是可以選擇并替換的。其可供選擇的傳動方式主要有四種，即電機傳動、燃氣電機傳動、燃氣輪機傳動和汽輪機傳動。對于復式壓縮機而言，它們在低速運行的情況下，會產生交替負荷，并且無時無刻不在進行轉動。相比較之下，燃氣輪機和汽輪機的轉速都比較高，幾乎可以達到每分鐘一萬轉。如果使用燃氣輪機或者用板式或汽輪機作為往復式壓縮機的驅動裝置，則需要有變速機構和阻尼裝置，傳動系統由于笨重的設計，在現場使用極為不便；再加上設備偏重，尺寸較大。給海上平臺的使用增加了不小的難度。除此之外，燃氣輪機和汽輪機的功率偏大，而帶軸的往復式壓縮機的功率并不大，正是因為兩者之間存在功率大小的差異，造成了往往難以匹配的問題。綜上所述，在一般情況下，海上油氣田用往復式空壓機的驅動裝置不是發動機，就是天然氣發動機。

文章將會結合兩種驅動方式的應用特點，對海上平臺的往復式活塞式壓縮機驅動裝置對海上油氣田的影響、兩種驅動裝置的比較等方面進行闡述分析。

1 電驅式壓縮機的應用特點

海上平臺電驅壓縮機的能量主要依靠于平臺的主動力站，讓主動力站為驅動壓縮機的電機提供動力，使曲軸產生旋轉運動。下面將對其優缺點進行陳述與分析。電驅動壓縮機具有設計簡單的優勢，在電機操作方面以及開展維護工作的方面，也不會復雜，繁瑣。另外，機組幾乎不產生噪音，其機組振動也小。當然，電驅動壓縮機在具有優勢的同時，也會存在有缺陷，其電驅動壓縮機應用的主要缺點體現在電機的選擇受到了限制，其限制因素包括主平臺系統容量、壓縮機功率和啟動特性等。當在對電動機進行啟動操作時，其啟動電流為額定電流的4～6倍，如果主平臺設備的容量為小，單單是壓縮機的功率增大，就會導致主電壓明顯降低，對其他的設備的順利運作造成一定程度上的影響。

2 燃驅式壓縮機的應用特點

平臺氣或燃料氣是海上平臺的燃驅式壓縮機的主要動力來源，就天然氣發動機而言，其動力是由氣體的內能轉化而來。燃驅式壓縮機應用的有點主要包括以下兩大方面：一方面是它適合于天然氣或可燃氣體含量較高的平臺，天然氣發動機的熱效率高。正常情況下，也可以達到40%的數值。加大了對燃料的使用率。另一方面，有利于降低平臺的電耗，對于平臺的主動力裝置的選擇也起到了促進作用，尤其是平臺的動力裝置數量多、裝置數量少的情況下，可以有效地控制平臺的電耗。再加上平臺的重量限制比較嚴格，可以減少平臺的電廠數量，有利于平臺的改向。

燃油空壓機應用的缺點體現在以下幾點：

第一、天然氣機的供氣和維護不僅需要高成本的支撐，其維護工作量大也大大加大了工作的難度。

第二、機組產生了巨大的噪聲和振動；

第三、天然氣機對燃油氣部件有一定的限制，在外部環境條件下要考慮到燃油氣部件的適用能力。

第四、天然氣機不宜在低負荷的情況下進行長時間的低負荷運行。

3 往復式壓縮機驅動對平臺的影響

往復式壓縮機驅動對海上平臺會有著許許多多的影響，其影響主要包括以下七個方面：(1)對主電源的影響；(2)對平臺電站的影響；(3)對平臺設備布局的影響；(4)對公用事業系統的影響；(5)天然氣發動機的排放物的影響；(6)對周圍設施、人、環境的影響；(7)對電氣室的影響；設備噪聲和振動的影響。下面將就這些方面展開闡述。

3.1 主變電站選擇方面

如果往復式空壓機的功率偏大，數量偏多，那么使用驅動電機將會會增加平臺的電氣負荷。可能會導致主動力裝置的生產機組數量增加，從而造成成本的增加。

3.2 平臺設備布局方面

可燃氣系統的正常運行是驅動壓縮機的前提，如果平臺采用燃氣輪機驅動，可燃氣體系統壓縮機與燃氣輪機共用燃油氣系統的采用或許是一個不錯的辦法。天然氣發動機本身就需要一個具有冷卻系統功能的潤滑系統，一般情況下，內燃式空壓機的滑閥尺寸要比同功率等級的電動空壓機大。在對燃氣壓縮機進行布置時，應當將日常維修以及檢修等問題考慮在內。

3.3 公共系統方面

天然氣發動機的運作需要燃料氣和油的供應；相比于同功率等級的發動機而言。天然氣發動機需要更多的冷卻介質。

3.4 天然氣發動機排放方面

往復式壓縮機的位置一般處于平臺的中層或下層，此外，布置在平臺的中層或下層還有天然氣發動機，天然氣發動機的排氣管布置和排放方向必須考慮到主風向、對人和周圍設施的影響等。

3.5 電氣房間方面

如果往復式壓縮機有高功率或流量控制的要求，并且是需要采用壓變頻器等諸多電氣設備，則會占用大量的房間空間，造成擁擠。

3.6 噪音方面

燃驅壓縮機產生的高分貝噪音，會對平臺產生一些不可忽略的影響，為了降低影響度，則可以從噪音的隔絕或者如何進行結果減震方面進行思考并采取相應的措施。

4 海上油氣田往復式壓縮機驅動方式具體選擇建議

4.1 結合實際油氣田開采實際狀況合理選擇

基于上述往復式壓縮機驅動方式的分析下，發現電力驅動和燃氣式驅動兩種方式各有千秋，而實際兩者不同的驅動方式對開采管理造成的影響也是不同的。再如，上述所言，燃氣式壓縮機驅動方式適合應用于海上天然氣的開采中；而電力驅動應用適合海上油田的開采，設計比較簡單，投入成本較低。因此，通過以上比較，兩者無論是在前期投入成本還是在后期管理所投入資源上都存在較大的差異。而海上油氣田的開采對資源投入力度較大，為了實現投入產出效益的最大化實現，實際選擇何種往復式壓縮機驅動方式需要根據實際具體狀況，綜合分析、合理選擇。在實際選擇中，一方面，保證選擇具有高效實用性；另一方面，所選擇的方式能夠切實尊重客觀規律，不會對海洋生態環境產生不良損害影響。

4.2 實現綠色環保管理，提升應用管理水平

無海上油氣往復式驅動方式應用中，無論選擇電力驅動還是燃氣驅動方式，需要明確往復式壓縮機驅動運轉中，容易產生一定的污染物、且噪聲也是較大的，如果未能加強管控，將會給周圍環境產生不良影響。而面對當前海上油氣綠色開發現實而言，切實加強實際往復式驅動方式的研究分析，提出相應的針對性強的管理措施，實現一對一的管控，從而能夠提升整個油氣往復式驅動運行水平。

4.3 規模開采較大，優先選擇電力驅動往復式壓縮機

通過以上分析，如果海上油氣開采規模大，為了保證整個開采過程的穩定性和安全性，避免出現不良事故，在針對電力驅動往復式壓縮機和燃氣驅動往復式壓縮機之后，筆者認為應該優先選擇電力驅動往復式壓縮機。這是因為在海洋油氣開采環境下，電力驅動往復式壓縮機處理能力大，而且故障出現幾率小。一旦出現故障，后期也便于維護處理。此外，實踐應用證明，電力驅動往復式壓縮機實際組建比較簡單，機組規模較小，能夠保證尤其開采的連續性。但是，如果選擇此種驅動方式，就必須要求海上油氣田開采有著強有力的電力系統支持，而以往的平臺電力系統是未能提供有效支持的。

4.4 選擇燃氣驅動往復式壓縮機，加強安全管理

海上油氣驅動往復式壓縮機功率比較大，因此選擇何種壓縮機直接給平臺動力支持系統形成了較強的負擔。如果優先選擇電力驅動往復式壓縮機，那么則要求海上油氣田有著強有力的電力系統支持。否則，還是優先選擇使用燃氣往復式驅動及。但是，應該注重一旦選擇燃氣驅動往復式壓縮機，必須加強安全管理，避免產生大量的二氧化碳和硫化氫。而且燃氣驅動往復式壓縮機需要充分考慮開采尤其的組成成分，避免出現相互碰撞現象，產生不良化學反應。

5 結語

在對于海上平臺往復式的驅動方式進行選擇的時候，要充分考慮到各大因素的影響，并結合這些考慮因素來進行綜合的分析。為了使選擇的驅動方式能夠切實滿足工程的需要，則需要注意以下三大原則：一、往復使壓縮機組的驅動設備主要有發動機和天然氣發動機兩大類。但對于它們二者的選擇，影響因素眾多，應當切實結合對于主電廠布局、平臺規模以及發動機理論的考察來進行判斷。此外，設備的開機特性以及整體投資成本也是不可忽略的方面。二、在進行電負荷較低的氣田開發時，只有在壓縮機增壓氣量于壓力都適宜的條件下，采用往復式壓縮機才是第一選擇。此外，如果單機功率在3000KWd的范圍內，則可以將天然氣發動機驅動壓縮機作為首要選擇三、如若油田中平臺的主電站的數量多，容量大，那么此時無論選擇何種壓縮機驅動形式，對于主電站的影響都不會有很大的影響，甚至可以忽略。因此，在這種情況下，為了平臺日常維護以及操作的便利，將電動機作為壓縮機的驅動無疑不是一個極好的選擇。

在油氣田應用領域，往復活塞式占80%以上，并且效果顯著，由此可見往復式壓縮機在該領域的重要性。我國在高速天然氣壓縮機開發方面起步較晚，一是小型低速機用于天然氣生產，二是空氣壓縮機改型、變形產品，近年來，隨著石油天然氣工業的不斷發展，國產高速天然氣壓縮機也開始慢慢地隨之得到了發展。目前，以及基本地滿足了油氣田應用的需要。但與國外往復式壓縮機的發展相比較，就會發現之間有著一段不可忽略的距離。目前，國外油氣田用天然氣壓縮機發展比較完善，并且好形成了各具風格與特色的系列，完全滿足了油氣田各種工藝的條件要求。為了促進我國在該領域的不斷發展，對相關問題的研究以及采取相關措施是極為有必要的。