張重德，李 強

（中海石油天津分公司，天津 300452）

一、概述

海上石油平臺在原油開采過程中會產(chǎn)生大量的伴生氣，采用燃燒排放處理方式，不僅污染環(huán)境，而且造成浪費。目前海上平臺所生產(chǎn)的油、氣、水三相混合物處理流程(圖1)通常采用三級脫水、脫氣穩(wěn)定。在一級游離水分離器中分離出的大量天然氣，多數(shù)能夠直接供應(yīng)用戶或增壓后供發(fā)動機等高壓用戶利用，多余部分回注地層或做為商品氣通過海底管線進行外輸；而二級熱化學(xué)分離器中的低壓閃蒸天然氣則直接排放到火炬放空，如將這部分天然氣回收利

用，可提高油田效益，并減少環(huán)境污染。

圖1 海上平臺伴生氣分離流程

目前幾乎所有海上平臺的天然氣增壓均采用多級往復(fù)式活塞壓縮機，但該壓縮機存在著進氣要求高、級間需要冷卻和洗滌、振動大、基礎(chǔ)要求高、占地大等問題，因此需要一種新型壓縮機來滿足一些邊際油田的開發(fā)工作。

二、國內(nèi)無油螺桿壓縮機的設(shè)計制造能力

螺桿壓縮機具有高效、節(jié)能、性能穩(wěn)定等諸多優(yōu)勢，已逐步被消費者所認知，從而得到了較快的發(fā)展。中國船舶總公司七一一研究所螺桿工程部是專門從事節(jié)能環(huán)保型螺桿機械的研制機構(gòu)，已成功地開發(fā)和應(yīng)用了工藝氣螺桿壓縮機組，有效解決了資源浪費和環(huán)境污染兩個重要問題。國產(chǎn)螺桿壓縮機組安全可靠，部分性能甚至優(yōu)于國外產(chǎn)品，而售價僅為進口產(chǎn)品的50%，具有很強的競爭力。

國產(chǎn)螺桿壓縮機單機參數(shù)：排氣量為2 000～500×104m3/d；轉(zhuǎn)子直徑為153～1 090mm；排氣壓力為4.0MPa；軸功率為37～9 000kW；驅(qū)動方式為電機、汽輪機、燃氣發(fā)動機及燃氣透平。

目前，中海油的海上平臺動力電站主要為透平發(fā)電機和重油發(fā)電機驅(qū)動，其中80%為柴油及天然氣的雙燃料透平發(fā)電機，產(chǎn)地為美國索拉透平國際公司，表1所列為該公司燃氣透平系列產(chǎn)品參數(shù)。

表1 索拉透平國際公司燃氣透平參數(shù)

由表1可以看出，國產(chǎn)無油螺桿壓縮機完全可以滿足centaur40到Titan250對燃料氣的需求。

三、螺桿壓縮機的工作原理

螺桿壓縮機是一種容積式氣體壓縮機械。其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。在壓縮機的機體中，平行地配置著一對相互嚙合的螺旋形轉(zhuǎn)子。通常把節(jié)圓內(nèi)具有凸齒的轉(zhuǎn)子稱為陽轉(zhuǎn)子，具有凹齒的轉(zhuǎn)子稱為陰轉(zhuǎn)子。陽轉(zhuǎn)子為驅(qū)動軸。

該陰、陽轉(zhuǎn)子相互嚙合，按一定傳動比旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生周期性的容積變化，完成氣體的吸入、壓縮和排出。

因螺桿壓縮機工作原理和往復(fù)式壓縮機相同，分吸入、壓縮和排出三個過程，所以排氣有

脈動性，但由于螺桿壓縮機轉(zhuǎn)速高，齒數(shù)又多，氣流可視為平穩(wěn)均勻的。因其漏氣損失和機械損失都很低，可獲得較高的容積效率。

圖2 螺桿壓縮機結(jié)構(gòu)示意圖

四、海上采油平臺螺桿壓縮機的應(yīng)用

無油螺桿壓縮機由于其具備混輸能力、機組總體尺寸較小、對前置處理系統(tǒng)要求低、振動性能優(yōu)良、維護性能優(yōu)良等優(yōu)勢，尤其適用于海上油田伴生濕氣的輸送?？梢院喕脚_流程、減少平臺空間占用，總體性能價格比優(yōu)勢很大。

海上油田伴生濕氣一般含有較多的C3以上的重組分，而且由于海上平臺空間的限制，不具備在平臺上對濕氣進行脫水脫烴的操作，如采用往復(fù)壓縮機或者噴油螺桿壓縮機進行增壓，必須對氣體進行嚴(yán)格的分離，甚至洗滌凈化。如采用無油螺桿壓縮機，可以不對來氣進行任何處理，直接進壓縮機增壓，不僅簡化了流程、減少了平臺空間占用，而且降低了工程整體造價。

以墾利項目為例，由于墾利3-2油田天然氣做為燃料存在著一定的缺口，需要引入補充，出于節(jié)能環(huán)保的考慮，墾利項目采用1臺無油螺桿壓縮機組對二級熱化學(xué)分離器低壓閃蒸氣進行增壓后再利用。

該閃蒸汽是典型的含水含重?zé)N的油田濕氣，經(jīng)工藝設(shè)計軟件hysys模擬計算，將一部分水隨燃料氣引入壓縮機中，可以直接起到降溫及密封的作用，選用噴水螺桿壓縮機用于補液調(diào)節(jié)系統(tǒng)補入少量的冷卻水，可保證壓縮機穩(wěn)定高效運行。

墾利項目無油螺桿壓縮機系統(tǒng)流程如圖3所示。

圖3 墾利項目無油螺桿壓縮機系統(tǒng)流程圖

燃料氣來氣溫度為94.8℃，為提升壓縮經(jīng)濟性，先經(jīng)前置海水冷卻器冷卻，再進入壓縮機增壓至0.55MPa。壓縮后的氣體經(jīng)過后置海水冷卻器降溫，再進入分離器進行油氣水的分離，然后進入工藝氣管網(wǎng)。分離出的水可以重新回到壓縮機入口循環(huán)利用。

油箱內(nèi)的潤滑油通過油泵經(jīng)潤滑油分配器分配給壓縮機內(nèi)的同步齒輪、軸承及機械密封，對這些機械部件進行潤滑。升溫之后的潤滑油重新回到油箱，經(jīng)油泵進入潤滑油空冷器降溫，再循環(huán)噴入壓縮機。

該流程最有價值的部分是充分利用了無油螺桿壓縮機的混輸能力，氣體經(jīng)冷卻后直接氣液混輸進入壓縮機，省卻了前置分離器，同時也省卻了分離器的液位控制系統(tǒng)和排液泵，讓壓縮流程變得更短，操作更方便。

墾利3-2中心平臺低壓閃蒸天然氣排量約631.8m3/h，每天約1.5×104m3，按單價2元/m3計算，每年可節(jié)約燃料費用約1 095萬元，初期購買低壓螺桿壓縮機的費用為300萬元，經(jīng)濟效益可觀。

五、結(jié)語

螺桿壓縮機由于同時具備旋轉(zhuǎn)式壓縮機優(yōu)良的維護性能和容積式壓縮機的強制輸氣能力，尤其是無油螺桿壓縮機還具備混輸能力，在其適用的范圍內(nèi)性能優(yōu)勢巨大。因此，螺桿壓縮機將可能在更多的工況下替代往復(fù)壓縮機和離心壓縮機，成為海上油氣田的主力機型。

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