LS17-2深水半潛平臺天然氣外輸與發(fā)電及余熱利用一體化設(shè)計

董曉雨，劉新宇，賈磊，楊貴光

（中海石油（中國）有限公司海南分公司，?？?，570100）

引言

陵水17-2氣田位于南海北部大陸架西區(qū)的瓊東南盆地北部海域，是中海油首個自營深水氣田，采用水下系統(tǒng)+半潛平臺開發(fā)模式。作為世界首個儲油半潛平臺，對上部模塊的重量控制提出極高要求，同時要求半潛平臺自身進行節(jié)能設(shè)計，整體選型設(shè)計方案復(fù)雜。本文結(jié)合陵水17-2半潛平臺天然氣綜合利用一體化設(shè)計為例，系統(tǒng)介紹了壓縮機選型，電站選型及余熱利用綜合選型時應(yīng)注意的問題，為以后相關(guān)一體化設(shè)計提供參考依據(jù)。

1 平臺工藝流程簡介

陵水17-2氣田開發(fā)的工藝流程如圖1。來自水下生產(chǎn)系統(tǒng)物流，通過深水海底混輸管線，輸送至陵水17-2浮式平臺上進行油、氣、水處理，平臺上設(shè)置有油氣接收系統(tǒng)、氣液分離系統(tǒng)、濕氣增壓系統(tǒng)、天然氣脫水系統(tǒng)、烴露點控制系統(tǒng)、干氣增壓系統(tǒng)、凝析油處理及外輸系統(tǒng)。處理后的合格天然氣經(jīng)增壓外輸[5]。

圖1 陵水17-2半潛平臺工藝流程框圖

陵水半潛平臺的凝析油處理系統(tǒng)、天然氣脫水三甘醇再生系統(tǒng)、乙二醇回收和再生系統(tǒng)等的總熱負荷最大超過40MW，能耗非常可觀。同時半潛平臺需自發(fā)電，新設(shè)發(fā)電機利用平臺自產(chǎn)天然氣發(fā)電，發(fā)電設(shè)備為燃氣透平發(fā)電機，發(fā)電設(shè)備功率根據(jù)半潛平臺設(shè)計方案的實際耗電情況進行選型設(shè)計。平臺自發(fā)電及天然氣外輸功率需求巨大為綜合利用天然氣創(chuàng)造了條件。

2 天然氣發(fā)電機和干氣壓縮機綜合選型

考慮能量的合理利用，充分利用平臺設(shè)置的燃氣透平煙氣余熱，設(shè)置余熱回收裝置，首先利用透平廢熱加熱熱介質(zhì)油，然后通過加熱的熱介質(zhì)油為不同熱用戶供熱。綜合壓縮機驅(qū)動方案、電站方案，兼顧節(jié)能減排要求、綜合利用能量的目的，充分考慮利用燃氣透平廢熱，采用占地面積較少、重量較輕、綜合費用有優(yōu)勢的技術(shù)方案。

2.1 電站方案選型

由于陵水平臺遠離陸地，必須平臺自身解決電力供應(yīng)。由于有大量自產(chǎn)天然氣為天然氣發(fā)電創(chuàng)造了條件。燃氣透平發(fā)電機在海上平臺應(yīng)用成熟，根據(jù)平臺不同總體方案的電力需求選擇合適機型。根據(jù)兩種設(shè)計方案對比，一種方案采用8.5MW燃氣透平，一種采用20MW燃氣透平發(fā)電方案。雖然單從電站選型上，平臺總電負荷越低，電站投資費用越低，但結(jié)合其他設(shè)備的選型，平臺電負荷最低的方案并不一定是最優(yōu)的總體設(shè)計方案，需綜合考慮[4]。

2.2 電驅(qū)與燃驅(qū)壓縮機對比

壓縮機選型已非常成熟，離心式壓縮機組排量大，運行平穩(wěn)，機組外形尺寸小，占地面積少，設(shè)備重量輕；易損件和摩擦件少，運行周期長，日常維護工作量小，在海洋平臺上大流量外輸壓縮機一般采用離心式壓縮機[1]。本平臺的壓縮機的驅(qū)動方案為電驅(qū)或燃氣驅(qū)動。電驅(qū)壓縮機根據(jù)平臺不同年份外輸工況選擇變頻電驅(qū)壓縮機作為必選方案之一[2][3]。單獨從壓縮機選型方案進行對比，電驅(qū)壓縮機采辦費用低，可靠性高，設(shè)備尺寸小，無煙囪，布置靈活，后期維護小，維護費用相對透平驅(qū)動極低，通過單項對比，電驅(qū)方案的的壓縮機優(yōu)勢巨大，同時對于兩種不同方案，燃驅(qū)壓縮機的余熱回收需增加三臺余熱回收裝置，余熱回收裝置的總采辦費用上電驅(qū)壓縮機優(yōu)勢巨大。同時在整體能耗上，由于集中用能，集中回收廢熱，整體燃料消耗上，電驅(qū)壓縮機方案也具有明顯優(yōu)勢。電驅(qū)壓縮機方案主要缺點是造成了主機選型功率增加，發(fā)電機采辦費用增加，在方案選擇上需進行一體化的費用比較確定最優(yōu)方案。

2.3 發(fā)電、外輸、余熱利用一般方案

發(fā)電、外輸、余熱利用的一般方案為：天然氣外輸壓縮機用燃氣透平進行驅(qū)動，發(fā)電設(shè)備采用燃氣透平發(fā)電機，壓縮機透平和發(fā)電機透平都布置余熱回收裝置。

本方案的最主要的優(yōu)點是發(fā)電和外輸沒有直接關(guān)聯(lián)，發(fā)電機發(fā)生故障對壓縮機外輸造成影響小，天然氣生產(chǎn)的連續(xù)性強，電氣設(shè)備少。由于平臺生產(chǎn)的特性，整個平臺生命周期用電負荷變化較大，同時平臺空間有限，對發(fā)電設(shè)備的數(shù)量有嚴格限制，對機型的選則造成困難，極易造成最終選擇的發(fā)電機在平時生產(chǎn)過程中大多數(shù)時間處于低負荷狀態(tài)，特別是平臺投產(chǎn)初期的幾年，長期低負荷運轉(zhuǎn)對透平發(fā)電機設(shè)備的運行造成了不利影響，易于出現(xiàn)故障，降低了整個發(fā)電系統(tǒng)的可靠性。

本方案主要缺點包括發(fā)電機實際運行負荷變化大，選型困難；由于每個透平都佩備余熱裝置，整體重量和費用較高；整套方案設(shè)備維護工作量大，維護費用高。

2.4 發(fā)電、外輸、余熱利用優(yōu)化方案

在一般方案的基礎(chǔ)上將壓縮機的驅(qū)動方式由燃氣輪機驅(qū)動，改為電驅(qū)動。由此造成發(fā)電機的容量增加較多，分析用電負荷的逐年的分布，單個發(fā)電機的發(fā)電負荷波動率明顯下降，從投產(chǎn)第一年就能保證發(fā)電機處于較高的利用范圍，天然氣的發(fā)電效率明顯提高，利于發(fā)電機壽命和可靠性，同時由于集中利用發(fā)電機尾氣，減少了余熱的設(shè)備。在整個生命周期上選擇電驅(qū)壓縮機整體設(shè)計方案具有比較優(yōu)勢。

2.5 方案對比

陵水17-2項目對一體化設(shè)計的一般方案和優(yōu)化方案從各方面進行綜合對比，各方案的優(yōu)勢如表1。

表1 方案對比一覽表

由于兩種方案技術(shù)上都可行，在本項目上，經(jīng)綜合對比采用電驅(qū)的方案，整體費用上比燃驅(qū)方案低，最終選用電驅(qū)方案。項目實際投產(chǎn)后，各系統(tǒng)運行良好達到設(shè)計預(yù)期。

3 結(jié)語

陵水17-2項目的壓縮機、電站及余熱的一體化選型方案表明，雖然采用大型主電站單個費用增加，但從壓縮機、電站及余熱選型設(shè)計整體考慮，采用大型電站集中供電優(yōu)勢明顯，一體化設(shè)計是半潛平臺優(yōu)化設(shè)計的必經(jīng)之路。后續(xù)項目需根據(jù)實際項目情況進行一體化選型，從天然氣利用，項目投資，技術(shù)方案可靠等各方面進行綜合考慮，選擇最優(yōu)方案。