海上平臺燃驅離心壓縮機的利舊應用

于邦廷，吳堯增，張海紅，王文祥，徐正海

（中海油研究總院有限責任公司，北京 100028）

0 引言

海上氣田生產開發具有一定的衰減規律，當氣田生產進入后期階段，油氣產量大幅降低，平臺上用于天然氣增壓的壓縮機由于增壓工況變化會面臨改造或者閑置的問題。由于海上氣田用離心壓縮機造價高，如能將閑置壓縮機再利用，可以大幅降低新建工程投資。但海上不同氣田增壓工況差異大，氣體組分、流量和外輸壓力不同，很難將兩個不同氣田的壓縮機直接互換使用。尤其對于燃氣透平驅動的離心壓縮機利舊，不僅要校核壓縮機的適應性，還需校核驅動機功率、轉速、燃料適應性以及整橇設備拆卸、安裝的可行性。燃驅離心壓縮機的利舊工程復雜，在以往的項目中鮮有實施。

在海上某L 氣田的開發中，為實現閑置資源的再利用并達到降低投資的目標，首次提出燃驅離心壓縮機組的利舊應用。通過對其他油田2 臺閑置的燃驅離心壓縮機工況適應性的校核，認為通過壓縮機葉輪的調級改造能夠滿足D 氣田工藝增壓需求。進而開展了壓縮機整橇的利舊應用分析，制定了完整的利舊方案、可利舊清單、設備拆卸及再成橇方案，為海上平臺大型設備的利舊提供了具有實用價值的工程案例。

1 研究背景

南海某L 氣田CEP 平臺（中心平臺）由于其他氣田天然氣的接入，CEP 平臺天然氣外輸壓力提高，現有濕氣壓縮機無法滿足海管外輸壓力要求，需要在CEP 平臺新增干氣壓縮機。為了節省工程投資，擬采用另一平臺上閑置封存的2 臺燃驅離心機組作為新增干氣壓縮機，通過CEP 平臺增壓工況分析與庫存壓縮機能力校核，初步判斷庫存壓縮機在驅動機功率、壓縮機殼體承壓以及轉子增壓能力等方面可以滿足利舊要求。為了使利舊機組能夠更加適應CEP 平臺天然氣增壓外輸需求，需針對新增干氣壓縮機運行工況進行詳細的適應性分析，并確定利舊壓縮機的利舊方案以及改造方案。

2 閑置壓縮機現狀分析

2 臺現有閑置的燃驅離心壓縮機于2006 年投入運行，驅動透平型號為索拉T70，2 臺驅動機均在2012 年進行了大修，完成了核心機組交換，閑置燃驅離心壓縮機驅動透平如圖1 所示。壓縮機到2014 年底停止運轉，并于2015 年1 月份完成現場機組封存，距離項目利舊評估時僅間隔1 年，為燃氣透平利舊應用提供了較好的基礎。燃氣透平在封存前由透平廠家對機組進行了點火測試及完整性檢查，燃料氣、滑油系統管路經過清空、吹掃，并用閥門、隔板隔離，保護措施比較完整。

圖1 閑置燃驅離心壓縮機驅動透平

壓縮機機頭為德萊賽蘭兩段式離心壓縮機，現場壓縮機工藝管線已經拆除，壓縮機進出口法蘭盲板隔離，壓縮機殼內進行N2密封。壓縮機與驅動機分別成橇，兩個底橇由螺栓連接。驅動機罩殼、橇內部分管線、底橇表面及緊固件有銹蝕現象，但整體機械完整性比較好，可利用部件較多，具備利舊再使用的條件。如圖2 所示，即為閑置壓縮機機頭現場圖。

圖2 現場閑置離心壓縮機組

3 壓縮機利舊可行性分析

3.1 CEP 平臺增壓流程

圖3 為CEP 平臺天然氣增壓流程。CEP 平臺現有3 臺濕氣燃驅離心壓縮機，設計入口壓力為1790 kPa（G），出口壓力為6580 kPa（G），驅動機功率約5683 kW，用于增壓本平臺井口自產氣。增壓后的濕氣經TEG（三甘醇）塔脫水后變為干氣，干氣不需增壓即可滿足外輸海管輸送壓力要求，正常生產期間干氣外輸壓力約為6100 kPa（A）。周邊PRP 平臺（生產平臺）和D 氣田天然氣直接接入CEP 平臺外輸海管，統一輸送至陸上終端。由于D 氣田天然氣的接入，導致CEP 平臺外輸壓力由6100 kPa（A）增加至7910 kPa（A），現有濕氣壓縮機出口壓力已無法滿足外輸要求，因此需要在CEP 平臺新增干氣壓縮機。

圖3 CEP 平臺天然氣增壓流程

3.2 CEP 平臺干氣壓縮機校核

表1 為CEP 平臺新增干氣壓縮機逐年運行參數要求，由于CEP 平臺產氣量衰竭較快，從第3 年開始產氣量將大幅降低。新增干氣壓縮機采用2 臺閑置燃驅離心壓縮機，壓縮機型號D6R9B，為兩段式離心壓縮機，共有9 級葉輪，驅動燃氣透平為Solar T70。經過核算，驅動機功率滿足需求，只需對利舊壓縮機葉輪進行調節改造即可滿足利舊要求。調級改造后的壓縮機運行1 臺，從第4 年開始由于產氣量太少，需要回流才能滿足機組最小流量需求。

表1 CEP 平臺新增干氣壓縮機逐年運行參數

3.3 干氣壓縮機改造方案

將原閑置機組改造為CEP 平臺干氣壓縮機，通過利舊一部分現有靜止部件和轉動部件降低改造成本。改造將減少壓縮級數，從現有的9 級改為4 級，即保留原一段1、2、3 級葉輪作為2、3、4 級葉輪繼續使用，新增1 級葉輪，拆除原第5 至9 級葉輪。現有壓縮機為2 段背靠背形式的壓縮機，如圖4 所示。改造后壓縮機將是1 段直流式，現有第2 段的進出口管嘴將用盲板盲死。現有壓縮機的殼體、軸承組件、軸、聯軸器和干氣密封的設計保持不變，現有部件和備件均可以繼續使用。調整后的壓縮機通過性能計算校核，滿足干氣壓縮機工況要求，典型年份運行工況適應性校核如圖5 所示。

圖4 兩段壓縮機葉輪模型

圖5 利舊壓縮機典型年份運行工作點

3.4 驅動機及輔助系統利舊分析

利舊壓縮機采用燃氣透平作為驅動機，需要開展燃氣透平對CEP 平臺燃料氣的適應性分析。由于CEP 平臺伴生氣中CO2含量較高，經透平廠家校核，需要將利舊的透平機組燃料氣噴嘴經過一定改造才能適應CEP 平臺燃料氣。另外由于CEP 平臺電制為50 Hz，與利舊壓縮機所在平臺60 Hz電制不同，還需要對透平輔機如罩橇通風風機電機、滑油泵電機、滑油冷卻風扇、滑油加熱器、橇內交流電照明燈進行更換。

4 壓縮機拆卸與再成橇

4.1 拆除前試驗方案

由于利舊的壓縮機和驅動機在現場閑置時間較長，為測試整套燃驅壓縮機組的機械完整性，控制系統及其他附屬設備的完整性，建議在利舊前進行壓縮機運轉試驗。采用恢復工藝氣流程做壓縮機試驗代價高、時間長、風險較大，不推薦進行。經與驅動機廠家和壓縮機廠家溝通，可以進行壓縮機開式空氣試驗，壓縮機運行介質為空氣。

4.2 壓縮機拆卸方案

閑置壓縮機組的驅動機和壓縮機分別成2 個橇，壓縮機橇重量約17 t，驅動燃氣透平整橇重約25 t，所在平臺吊機主鉤能力為30 t/9 m、25 t/10.5 m。如圖6 所示，2 臺壓縮機軸線距離吊機中心的水平距離分別為14.5 m 和20.4 m，由于2 臺壓縮機組距離吊機距離較遠，無法利用平臺吊機直接起吊壓縮機的2 個橇。為降低拆卸費用，避免使用大型浮吊船舶，可通過將壓縮機底橇和燃氣透平底橇分別平移拖拉至平臺吊機附近，再利用吊機整體轉運，轉移路徑如圖7 所示。

圖6 閑置壓縮機距離平臺吊機距離

圖7 壓縮機底橇平移拖拉路徑

4.3 利舊壓縮機再成橇

從平臺拆下來的2 臺壓縮機需要先由壓縮機廠家返廠改造，包括新增葉輪，調級，部分部件更換等工作。透平驅動機需要由索拉燃機廠家進行燃料噴嘴的改造以及部分輔機設備的更新。待改造完成后的壓縮機返回建造場地后與燃氣透平驅動機再次重新安裝、成橇，包括壓縮機后冷卻器、所需配管、閥門、儀表等，建造成一個小型組塊。另在模塊設計建造階段，需要核實橇塊安裝時是否會與平臺設備存在干涉，應注意提前規避可能的碰撞并考慮相關措施。另外還需校核平臺結構支撐能力，嚴格控制壓縮機模塊的總體重量、重心。

5 結論

在海上平臺首次進行燃驅離心壓縮機組的利舊，對利舊壓縮機進行了新工況的適應性評估，通過葉輪調級改造將兩段式離心壓縮機改造為一段式壓縮機，能夠滿足工藝增壓需求。通過平臺吊機拆卸壓縮機、充分利用壓縮機可利用部件，大幅減少了工程投資，為海上平臺大型設備的利舊應用提供了可借鑒的經驗。