海上平臺(tái)燃驅(qū)離心壓縮機(jī)的利舊應(yīng)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(zé)任公司，北京 100028）

0 引言

海上氣田生產(chǎn)開發(fā)具有一定的衰減規(guī)律，當(dāng)氣田生產(chǎn)進(jìn)入后期階段，油氣產(chǎn)量大幅降低，平臺(tái)上用于天然氣增壓的壓縮機(jī)由于增壓工況變化會(huì)面臨改造或者閑置的問題。由于海上氣田用離心壓縮機(jī)造價(jià)高，如能將閑置壓縮機(jī)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(gè)不同氣田的壓縮機(jī)直接互換使用。尤其對(duì)于燃?xì)馔钙津?qū)動(dòng)的離心壓縮機(jī)利舊，不僅要校核壓縮機(jī)的適應(yīng)性，還需校核驅(qū)動(dòng)機(jī)功率、轉(zhuǎn)速、燃料適應(yīng)性以及整橇設(shè)備拆卸、安裝的可行性。燃驅(qū)離心壓縮機(jī)的利舊工程復(fù)雜，在以往的項(xiàng)目中鮮有實(shí)施。

在海上某L 氣田的開發(fā)中，為實(shí)現(xiàn)閑置資源的再利用并達(dá)到降低投資的目標(biāo)，首次提出燃驅(qū)離心壓縮機(jī)組的利舊應(yīng)用。通過對(duì)其他油田2 臺(tái)閑置的燃驅(qū)離心壓縮機(jī)工況適應(yīng)性的校核，認(rèn)為通過壓縮機(jī)葉輪的調(diào)級(jí)改造能夠滿足D 氣田工藝增壓需求。進(jìn)而開展了壓縮機(jī)整橇的利舊應(yīng)用分析，制定了完整的利舊方案、可利舊清單、設(shè)備拆卸及再成橇方案，為海上平臺(tái)大型設(shè)備的利舊提供了具有實(shí)用價(jià)值的工程案例。

1 研究背景

南海某L 氣田CEP 平臺(tái)（中心平臺(tái)）由于其他氣田天然氣的接入，CEP 平臺(tái)天然氣外輸壓力提高，現(xiàn)有濕氣壓縮機(jī)無法滿足海管外輸壓力要求，需要在CEP 平臺(tái)新增干氣壓縮機(jī)。為了節(jié)省工程投資，擬采用另一平臺(tái)上閑置封存的2 臺(tái)燃驅(qū)離心機(jī)組作為新增干氣壓縮機(jī)，通過CEP 平臺(tái)增壓工況分析與庫存壓縮機(jī)能力校核，初步判斷庫存壓縮機(jī)在驅(qū)動(dòng)機(jī)功率、壓縮機(jī)殼體承壓以及轉(zhuǎn)子增壓能力等方面可以滿足利舊要求。為了使利舊機(jī)組能夠更加適應(yīng)CEP 平臺(tái)天然氣增壓外輸需求，需針對(duì)新增干氣壓縮機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行詳細(xì)的適應(yīng)性分析，并確定利舊壓縮機(jī)的利舊方案以及改造方案。

2 閑置壓縮機(jī)現(xiàn)狀分析

2 臺(tái)現(xiàn)有閑置的燃驅(qū)離心壓縮機(jī)于2006 年投入運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)透平型號(hào)為索拉T70，2 臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)均在2012 年進(jìn)行了大修，完成了核心機(jī)組交換，閑置燃驅(qū)離心壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)透平如圖1 所示。壓縮機(jī)到2014 年底停止運(yùn)轉(zhuǎn)，并于2015 年1 月份完成現(xiàn)場機(jī)組封存，距離項(xiàng)目利舊評(píng)估時(shí)僅間隔1 年，為燃?xì)馔钙嚼f應(yīng)用提供了較好的基礎(chǔ)。燃?xì)馔钙皆诜獯媲坝赏钙綇S家對(duì)機(jī)組進(jìn)行了點(diǎn)火測試及完整性檢查，燃料氣、滑油系統(tǒng)管路經(jīng)過清空、吹掃，并用閥門、隔板隔離，保護(hù)措施比較完整。

圖1 閑置燃驅(qū)離心壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)透平

壓縮機(jī)機(jī)頭為德萊賽蘭兩段式離心壓縮機(jī)，現(xiàn)場壓縮機(jī)工藝管線已經(jīng)拆除，壓縮機(jī)進(jìn)出口法蘭盲板隔離，壓縮機(jī)殼內(nèi)進(jìn)行N2密封。壓縮機(jī)與驅(qū)動(dòng)機(jī)分別成橇，兩個(gè)底橇由螺栓連接。驅(qū)動(dòng)機(jī)罩殼、橇內(nèi)部分管線、底橇表面及緊固件有銹蝕現(xiàn)象，但整體機(jī)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(jī)機(jī)頭現(xiàn)場圖。

圖2 現(xiàn)場閑置離心壓縮機(jī)組

3 壓縮機(jī)利舊可行性分析

3.1 CEP 平臺(tái)增壓流程

圖3 為CEP 平臺(tái)天然氣增壓流程。CEP 平臺(tái)現(xiàn)有3 臺(tái)濕氣燃驅(qū)離心壓縮機(jī)，設(shè)計(jì)入口壓力為1790 kPa（G），出口壓力為6580 kPa（G），驅(qū)動(dòng)機(jī)功率約5683 kW，用于增壓本平臺(tái)井口自產(chǎn)氣。增壓后的濕氣經(jīng)TEG（三甘醇）塔脫水后變?yōu)楦蓺猓蓺獠恍柙鰤杭纯蓾M足外輸海管輸送壓力要求，正常生產(chǎn)期間干氣外輸壓力約為6100 kPa（A）。周邊PRP 平臺(tái)（生產(chǎn)平臺(tái)）和D 氣田天然氣直接接入CEP 平臺(tái)外輸海管，統(tǒng)一輸送至陸上終端。由于D 氣田天然氣的接入，導(dǎo)致CEP 平臺(tái)外輸壓力由6100 kPa（A）增加至7910 kPa（A），現(xiàn)有濕氣壓縮機(jī)出口壓力已無法滿足外輸要求，因此需要在CEP 平臺(tái)新增干氣壓縮機(jī)。

圖3 CEP 平臺(tái)天然氣增壓流程

3.2 CEP 平臺(tái)干氣壓縮機(jī)校核

表1 為CEP 平臺(tái)新增干氣壓縮機(jī)逐年運(yùn)行參數(shù)要求，由于CEP 平臺(tái)產(chǎn)氣量衰竭較快，從第3 年開始產(chǎn)氣量將大幅降低。新增干氣壓縮機(jī)采用2 臺(tái)閑置燃驅(qū)離心壓縮機(jī)，壓縮機(jī)型號(hào)D6R9B，為兩段式離心壓縮機(jī)，共有9 級(jí)葉輪，驅(qū)動(dòng)燃?xì)馔钙綖镾olar T70。經(jīng)過核算，驅(qū)動(dòng)機(jī)功率滿足需求，只需對(duì)利舊壓縮機(jī)葉輪進(jìn)行調(diào)節(jié)改造即可滿足利舊要求。調(diào)級(jí)改造后的壓縮機(jī)運(yùn)行1 臺(tái)，從第4 年開始由于產(chǎn)氣量太少，需要回流才能滿足機(jī)組最小流量需求。

表1 CEP 平臺(tái)新增干氣壓縮機(jī)逐年運(yùn)行參數(shù)

3.3 干氣壓縮機(jī)改造方案

將原閑置機(jī)組改造為CEP 平臺(tái)干氣壓縮機(jī)，通過利舊一部分現(xiàn)有靜止部件和轉(zhuǎn)動(dòng)部件降低改造成本。改造將減少壓縮級(jí)數(shù)，從現(xiàn)有的9 級(jí)改為4 級(jí)，即保留原一段1、2、3 級(jí)葉輪作為2、3、4 級(jí)葉輪繼續(xù)使用，新增1 級(jí)葉輪，拆除原第5 至9 級(jí)葉輪?，F(xiàn)有壓縮機(jī)為2 段背靠背形式的壓縮機(jī)，如圖4 所示。改造后壓縮機(jī)將是1 段直流式，現(xiàn)有第2 段的進(jìn)出口管嘴將用盲板盲死?，F(xiàn)有壓縮機(jī)的殼體、軸承組件、軸、聯(lián)軸器和干氣密封的設(shè)計(jì)保持不變，現(xiàn)有部件和備件均可以繼續(xù)使用。調(diào)整后的壓縮機(jī)通過性能計(jì)算校核，滿足干氣壓縮機(jī)工況要求，典型年份運(yùn)行工況適應(yīng)性校核如圖5 所示。

圖4 兩段壓縮機(jī)葉輪模型

圖5 利舊壓縮機(jī)典型年份運(yùn)行工作點(diǎn)

3.4 驅(qū)動(dòng)機(jī)及輔助系統(tǒng)利舊分析

利舊壓縮機(jī)采用燃?xì)馔钙阶鳛轵?qū)動(dòng)機(jī)，需要開展燃?xì)馔钙綄?duì)CEP 平臺(tái)燃料氣的適應(yīng)性分析。由于CEP 平臺(tái)伴生氣中CO2含量較高，經(jīng)透平廠家校核，需要將利舊的透平機(jī)組燃料氣噴嘴經(jīng)過一定改造才能適應(yīng)CEP 平臺(tái)燃料氣。另外由于CEP 平臺(tái)電制為50 Hz，與利舊壓縮機(jī)所在平臺(tái)60 Hz電制不同，還需要對(duì)透平輔機(jī)如罩橇通風(fēng)風(fēng)機(jī)電機(jī)、滑油泵電機(jī)、滑油冷卻風(fēng)扇、滑油加熱器、橇內(nèi)交流電照明燈進(jìn)行更換。

4 壓縮機(jī)拆卸與再成橇

4.1 拆除前試驗(yàn)方案

由于利舊的壓縮機(jī)和驅(qū)動(dòng)機(jī)在現(xiàn)場閑置時(shí)間較長，為測試整套燃驅(qū)壓縮機(jī)組的機(jī)械完整性，控制系統(tǒng)及其他附屬設(shè)備的完整性，建議在利舊前進(jìn)行壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)。采用恢復(fù)工藝氣流程做壓縮機(jī)試驗(yàn)代價(jià)高、時(shí)間長、風(fēng)險(xiǎn)較大，不推薦進(jìn)行。經(jīng)與驅(qū)動(dòng)機(jī)廠家和壓縮機(jī)廠家溝通，可以進(jìn)行壓縮機(jī)開式空氣試驗(yàn)，壓縮機(jī)運(yùn)行介質(zhì)為空氣。

4.2 壓縮機(jī)拆卸方案

閑置壓縮機(jī)組的驅(qū)動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)分別成2 個(gè)橇，壓縮機(jī)橇重量約17 t，驅(qū)動(dòng)燃?xì)馔钙秸林丶s25 t，所在平臺(tái)吊機(jī)主鉤能力為30 t/9 m、25 t/10.5 m。如圖6 所示，2 臺(tái)壓縮機(jī)軸線距離吊機(jī)中心的水平距離分別為14.5 m 和20.4 m，由于2 臺(tái)壓縮機(jī)組距離吊機(jī)距離較遠(yuǎn)，無法利用平臺(tái)吊機(jī)直接起吊壓縮機(jī)的2 個(gè)橇。為降低拆卸費(fèi)用，避免使用大型浮吊船舶，可通過將壓縮機(jī)底橇和燃?xì)馔钙降浊练謩e平移拖拉至平臺(tái)吊機(jī)附近，再利用吊機(jī)整體轉(zhuǎn)運(yùn)，轉(zhuǎn)移路徑如圖7 所示。

圖6 閑置壓縮機(jī)距離平臺(tái)吊機(jī)距離

圖7 壓縮機(jī)底橇平移拖拉路徑

4.3 利舊壓縮機(jī)再成橇

從平臺(tái)拆下來的2 臺(tái)壓縮機(jī)需要先由壓縮機(jī)廠家返廠改造，包括新增葉輪，調(diào)級(jí)，部分部件更換等工作。透平驅(qū)動(dòng)機(jī)需要由索拉燃機(jī)廠家進(jìn)行燃料噴嘴的改造以及部分輔機(jī)設(shè)備的更新。待改造完成后的壓縮機(jī)返回建造場地后與燃?xì)馔钙津?qū)動(dòng)機(jī)再次重新安裝、成橇，包括壓縮機(jī)后冷卻器、所需配管、閥門、儀表等，建造成一個(gè)小型組塊。另在模塊設(shè)計(jì)建造階段，需要核實(shí)橇塊安裝時(shí)是否會(huì)與平臺(tái)設(shè)備存在干涉，應(yīng)注意提前規(guī)避可能的碰撞并考慮相關(guān)措施。另外還需校核平臺(tái)結(jié)構(gòu)支撐能力，嚴(yán)格控制壓縮機(jī)模塊的總體重量、重心。

5 結(jié)論

在海上平臺(tái)首次進(jìn)行燃驅(qū)離心壓縮機(jī)組的利舊，對(duì)利舊壓縮機(jī)進(jìn)行了新工況的適應(yīng)性評(píng)估，通過葉輪調(diào)級(jí)改造將兩段式離心壓縮機(jī)改造為一段式壓縮機(jī)，能夠滿足工藝增壓需求。通過平臺(tái)吊機(jī)拆卸壓縮機(jī)、充分利用壓縮機(jī)可利用部件，大幅減少了工程投資，為海上平臺(tái)大型設(shè)備的利舊應(yīng)用提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。