趙杰瑛，林洪兵，張俊明

（中海石油（中國）有限公司 湛江分公司，廣東 湛江 524000）

0 引言

東方1-1 氣田是中海石油（中國）有限公司湛江分公司海上油氣田，日產(chǎn)天然氣約800萬方。氣田共有三組透平濕氣壓縮機(jī)組，Taurus 70 型壓縮機(jī)是氣田生產(chǎn)外輸上的關(guān)鍵設(shè)備。東方1-1 氣田壓縮機(jī)的作用是利用它的增壓功能，將經(jīng)過處理后的天然氣增壓后通過海底管線輸送到100 公里外的下游用戶，其中包括為海南發(fā)電廠和部分民用提供天然氣，因此機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行對保障下游用戶需求至關(guān)重要。

東方1-1 氣田三臺天然氣透平濕氣壓縮機(jī)自2007年投用以來，出現(xiàn)了以下四個(gè)問題：①由于機(jī)組本身設(shè)計(jì)原因，多次出現(xiàn)機(jī)組機(jī)撬壓差過低、機(jī)撬差壓開關(guān)易動(dòng)作，導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)關(guān)?，F(xiàn)象；②機(jī)組進(jìn)口旋流分離器液位跳動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定；③三臺機(jī)組滑油冷卻器存在設(shè)計(jì)問題，在機(jī)組投運(yùn)2000小時(shí)左右后，冷卻器封頭由于海水腐蝕出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象，對機(jī)組的正常運(yùn)行造成了影響；④東方1-1 氣田天然氣中含有CO2，故熱值低，在機(jī)組啟動(dòng)點(diǎn)火方面產(chǎn)生了較大的影響。經(jīng)過五年多的不斷改造，各個(gè)問題逐一突破，極大地提高了壓縮機(jī)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。

1 透平濕氣壓縮機(jī)組機(jī)撬通風(fēng)系統(tǒng)改造

索拉Taurus 70-C402 透平離心壓縮機(jī)組的機(jī)撬采用微正壓通風(fēng)模式，即機(jī)撬內(nèi)部通過機(jī)撬風(fēng)機(jī)保持相對于機(jī)撬外面略高的壓力。機(jī)撬內(nèi)外壓差大于0.25 英寸水柱時(shí)，表示機(jī)撬通風(fēng)良好。當(dāng)機(jī)撬壓差低于0.25 英寸水柱（0.0635KPa）時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)低的報(bào)警信號，壓差低于0.15（0.0381KPa）英寸水柱時(shí)，則產(chǎn)生一個(gè)壓差低低的關(guān)停信號立刻關(guān)停機(jī)組。這樣設(shè)計(jì)有兩方面原因，一是為了防止機(jī)組內(nèi)可燃?xì)舛逊e或者燃?xì)獯罅啃孤r(shí)由于燃?xì)馓筋^失效而引起的火災(zāi)、爆炸；二是為了給機(jī)組散熱，防止撬內(nèi)溫度過高，損壞機(jī)組內(nèi)的各種儀表設(shè)備，保證機(jī)組安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

原設(shè)計(jì)機(jī)撬通風(fēng)進(jìn)出口與水平面平行，一旦風(fēng)向與機(jī)撬進(jìn)出風(fēng)方向一致，雨水就很容易進(jìn)入空氣過濾器，弄濕空氣過濾器，從而導(dǎo)致通風(fēng)量變小，機(jī)撬壓力低低、關(guān)停機(jī)組。同時(shí)，一旦風(fēng)向與機(jī)撬出風(fēng)口方向相反，可能導(dǎo)致出風(fēng)口的百葉窗無法打開，從而使得排風(fēng)阻力變大、背壓增高，空氣流量變小，甚至無法帶走撬內(nèi)儀表部件的熱量或累積的天然氣，使得撬內(nèi)溫度過高或儀表失效，從而關(guān)停機(jī)組。在大風(fēng)天氣情況下，特別是臺風(fēng)期間，能夠保證壓縮機(jī)的安全平穩(wěn)運(yùn)行，對于保障氣田的產(chǎn)量尤為重要。

1.1 改造機(jī)撬進(jìn)風(fēng)口

如圖1所示，將原來水平的進(jìn)風(fēng)口增加防護(hù)罩改變進(jìn)風(fēng)方向，增加防護(hù)罩后進(jìn)風(fēng)口角度改變了90°，不但可以防止大風(fēng)期間進(jìn)風(fēng)口受到正面沖擊同時(shí)也可以擋雨，從而減少外界氣流對機(jī)撬壓力的影響，降低了機(jī)組因?yàn)椴顗旱偷完P(guān)停的可能性。

圖1 機(jī)撬進(jìn)風(fēng)口改造

1.2 改造機(jī)撬排風(fēng)口

對機(jī)撬排風(fēng)口做了改進(jìn)，在保證機(jī)撬通風(fēng)量的前提下，在機(jī)撬出風(fēng)口加裝擋風(fēng)罩，使出風(fēng)方向由原來的水平出風(fēng)改為朝下90°出風(fēng)，同時(shí)經(jīng)過試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，將出風(fēng)口的面積減少了1/4。如圖2所示，不僅不影響機(jī)組的通風(fēng)，而且使得機(jī)組內(nèi)外差壓增加了0.05 英寸水柱，在一定程度上提高了機(jī)撬壓力的穩(wěn)定性。此外，排風(fēng)口的改造也減少了由于外界風(fēng)大倒灌進(jìn)入機(jī)撬的風(fēng)量，降低機(jī)撬風(fēng)機(jī)故障差壓開關(guān)檢測到風(fēng)扇排壓過低停機(jī)的可能性。

圖2 機(jī)撬排風(fēng)口改造

1.3 改造機(jī)撬外部取壓點(diǎn)

壓縮機(jī)機(jī)撬壓差取壓口原設(shè)計(jì)的位置是在現(xiàn)場控制柜后的機(jī)撬壁上，儀表管通過機(jī)撬壁上的孔直接置于大氣中。如此一來，在大風(fēng)天氣或者臺風(fēng)天氣期間，外界的氣壓波動(dòng)容易造成機(jī)撬壓差不穩(wěn)定。因此，機(jī)撬取壓口原設(shè)計(jì)在臺風(fēng)或風(fēng)速較大的情況下，可直接導(dǎo)致機(jī)組關(guān)停，影響氣田的正常生產(chǎn)。

針對此情況，氣田對機(jī)撬壓差取壓口進(jìn)行改進(jìn)，加裝了擋風(fēng)罩。擋風(fēng)罩的設(shè)計(jì)是：在一個(gè)小型的四方體密閉空間的五個(gè)面上鉆若干個(gè)孔，將取壓探頭置于四方體內(nèi)部，而且取壓口的方向是朝下的。如圖3所示，如此處置既不影響正常天氣條件下壓縮機(jī)的運(yùn)行，而且在臺風(fēng)期間或風(fēng)速較大的情況下，快速氣流不會直接作用于機(jī)撬壓差的取壓點(diǎn)上，而是要經(jīng)過擋風(fēng)罩，經(jīng)過擋風(fēng)罩后風(fēng)速減慢，對機(jī)撬壓差取壓點(diǎn)的影響就會減弱，經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)效果明顯。

圖3 取壓點(diǎn)改造示意圖

1.4 機(jī)撬風(fēng)扇電源改造

東方1-1 氣田主電源由透平發(fā)電機(jī)提供，如果透平發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障掉電情況下，應(yīng)急發(fā)電機(jī)延時(shí)15s 啟動(dòng)，給應(yīng)急母排提供電源，保證應(yīng)急母排在任何時(shí)候都有電。原設(shè)計(jì)壓縮機(jī)機(jī)撬通風(fēng)風(fēng)扇電源由正常母排供電，這樣一旦透平發(fā)電機(jī)故障掉電，壓縮機(jī)機(jī)撬風(fēng)機(jī)就會停止運(yùn)行，進(jìn)而引起機(jī)撬壓力低低關(guān)停。氣田做了將風(fēng)機(jī)電源改由應(yīng)急母排供電的改造，從而使得氣田在透平發(fā)電機(jī)發(fā)生停機(jī)時(shí)、正常母排掉電情況下，壓縮機(jī)可以在應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)后繼續(xù)運(yùn)行，有效保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

1.5 通風(fēng)系統(tǒng)程序修改

東方1-1 氣田壓縮機(jī)在臺風(fēng)模式遙控生產(chǎn)下的設(shè)計(jì)為：如果檢測到陸地終端控制室與氣田中央控制室通訊中斷超過15min，將觸發(fā)氣田零級關(guān)停。在臺風(fēng)等惡劣天氣情況壓縮機(jī)機(jī)撬外環(huán)境具有以下特點(diǎn)：一是機(jī)撬外部風(fēng)速瞬時(shí)變化大，二是變化持續(xù)時(shí)間極短。在此情況下，當(dāng)外部環(huán)境依然安全，機(jī)組會因某個(gè)瞬時(shí)壓差低于機(jī)撬壓力低低關(guān)停值，引起關(guān)停。針對此情況，氣田在機(jī)撬壓力低低關(guān)停程序之后添加延時(shí)計(jì)時(shí)器，時(shí)間設(shè)定為720s（與15min 通訊中斷關(guān)停保證一致），如圖4所示。邏輯設(shè)計(jì)是720s 以后，壓力還是低低才關(guān)停壓縮機(jī)。由此，可以避免在外部風(fēng)速瞬時(shí)變化大而導(dǎo)致機(jī)組關(guān)停的情況。

圖4 通風(fēng)程序修改示意圖

2 液位控制改造

圖5 旋流分離器排液流程圖

東方1-1 氣田透平濕氣壓縮機(jī)進(jìn)口的旋流分離器排液控制過程如圖5所示。當(dāng)液位變送器LIT2509的液位到達(dá)ON 設(shè)定值（即470mm）時(shí)，電磁閥LDY2509 得電，導(dǎo)通液位控制閥LV2509，旋流分離器開始排液，直到液位變送器LIT2509的液位到達(dá)OFF 設(shè)定值（即435mm）時(shí)，電磁閥LDY2509 失電，液位控制閥LV2509 關(guān)閉，旋流分離器排液結(jié)束。但是由于電磁閥LDY2509 對液位控制閥LV2509的控制屬于開關(guān)量控制，所以導(dǎo)致液位控制閥LV2509 要么全開，要么全關(guān)，不能進(jìn)行模擬量過程控制。同時(shí)，液位控制閥動(dòng)作比較慢，需要一定的反應(yīng)時(shí)間，往往導(dǎo)致液位超過設(shè)定范圍液位控制閥才開始動(dòng)作，容易造成一次性排液太多，使得聚結(jié)分離器壓力過高，造成其他設(shè)備的液體排不到聚結(jié)分離器，影響氣田的正常生產(chǎn)。

經(jīng)過多次試驗(yàn)，確認(rèn)液位控制閥可以進(jìn)行由開關(guān)量控制改為模擬量控制。設(shè)計(jì)方法如下：對液位控制閥加裝一路模擬量控制，即在液位控制閥供氣管路上加裝電-氣信號IP 轉(zhuǎn)換器，同時(shí)旁通壓縮機(jī)PLC的旋流分離器液位控制閥閥位故障檢測程序的信號。改造后，旋流分離器液位控制閥可以在中控系統(tǒng)進(jìn)行模擬量控制。模擬量控制模式有手動(dòng)和自動(dòng)兩種，既可以手動(dòng)控制閥位連續(xù)排液，也可以設(shè)定液位值自動(dòng)控制閥位，維持旋流分離器的液位不變。即使在電-氣信號IP 轉(zhuǎn)換器故障的情況下，原來開關(guān)量控制系統(tǒng)還是能正常工作，不會導(dǎo)致機(jī)組關(guān)停。同時(shí)，通過修改旋流分離器下腔自動(dòng)排液范圍，原來500mm時(shí)排液閥打開，350mm時(shí)排液閥關(guān)閉，優(yōu)化為470mm 排液閥打開，435mm 排液閥關(guān)閉，提高排液的頻率，避免一次性排液太多，導(dǎo)致聚結(jié)壓力高。如此，排液設(shè)定點(diǎn)遠(yuǎn)在原來設(shè)定點(diǎn)的高高、低低設(shè)定值之內(nèi)，保障機(jī)組基本不會因?yàn)橐何怀霈F(xiàn)高高、低低關(guān)停。

3 滑油冷卻器改造

東方1-1 氣田濕氣壓縮機(jī)的滑油系統(tǒng)的冷卻是通過一臺管式海水冷卻器進(jìn)行冷卻的，滑油經(jīng)過冷卻器的殼程，海水經(jīng)過冷卻器的管程。2007年壓縮機(jī)投產(chǎn)后，三臺滑油冷卻器在使用不到2000小時(shí)的時(shí)間里，封頭（材質(zhì)為碳鋼）均出現(xiàn)不同程度的腐蝕穿孔，對壓縮機(jī)運(yùn)行造成了很大的影響。

根據(jù)應(yīng)用犧牲陽極原理，氣田設(shè)計(jì)了在冷卻器加裝犧牲陽極——鋅棒的方案，如圖6所示，其中防腐鋅棒設(shè)計(jì)每兩周更換一次。結(jié)果證明，防腐鋅棒有效減緩滑油冷卻器腐蝕，從2007年11月完成三臺機(jī)組的改造后，機(jī)組一直運(yùn)行到2013年都沒有在出現(xiàn)過腐蝕穿孔問題。對滑油冷卻器封頭的改造，確保了濕氣壓縮機(jī)滑油冷卻器5年多的正常使用，保障了機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖6 滑油冷卻器防腐鋅棒改造

4 點(diǎn)火系統(tǒng)改造

東方1-1 氣田透平濕氣壓縮機(jī)機(jī)組原設(shè)計(jì)使用的燃料氣是經(jīng)過加熱、脫水等處理后合格的外輸天然氣，但是由于氣田外輸天然氣組分原因，在壓縮機(jī)投產(chǎn)初期，機(jī)組啟動(dòng)過程中點(diǎn)火成功率較低，而系統(tǒng)每次點(diǎn)火前都要進(jìn)行自動(dòng)吹掃，就使得大量天然氣放空，不但浪費(fèi)了天然氣，而且影響了濕氣壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，影響了氣田的產(chǎn)量。

氣田經(jīng)過多次測試分析，發(fā)現(xiàn)機(jī)組點(diǎn)火困難主要是燃料氣的熱值較低。機(jī)組原設(shè)計(jì)燃料氣是由一個(gè)中心平臺和3個(gè)井口平臺的天然氣混合而成的外輸氣，組分如表1所示。從表中可以看出井口A 平臺和井口B 平臺的天然氣熱值相對較高，其他兩個(gè)平臺的天然氣熱值相對較低。氣田經(jīng)過仔細(xì)研究壓縮機(jī)點(diǎn)火流程，對原壓縮機(jī)點(diǎn)火管線和流程進(jìn)行了優(yōu)化，將點(diǎn)火氣源直接使用井口A 平臺和井口B 平臺的高熱值氣源，如圖7所示。這樣有效的提高了點(diǎn)火成功率，大大減少了濕氣壓縮機(jī)啟動(dòng)過程中天然氣的消耗量，保障了壓縮機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。

表1 天然氣組份分析記錄表—組分分析結(jié)果（mo l p c t)

圖7 壓縮機(jī)點(diǎn)火燃料氣流程圖

5 濕氣壓縮機(jī)改造后機(jī)組穩(wěn)定性

氣田在保障壓縮機(jī)運(yùn)行的過程中，積極探索，經(jīng)過五多年的不斷改造，極大地提高了壓縮機(jī)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。通過對點(diǎn)火流程的改造，機(jī)組啟機(jī)點(diǎn)火成功率達(dá)到95%以上，減少了天然氣的浪費(fèi)；通過改造滑油冷卻器，機(jī)組的滑油冷卻器運(yùn)行至今已五年多，仍未出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象；通過對機(jī)撬通風(fēng)系統(tǒng)的改造，機(jī)組的機(jī)撬壓差一直很穩(wěn)定，即便在臺風(fēng)的惡劣天氣下，機(jī)組仍然不會因?yàn)闄C(jī)撬壓差低低關(guān)停；通過旋流分離器排液的改造，使氣田在避臺期間更好的控制生產(chǎn)流程，保證了濕氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

特別是氣田在臺風(fēng)期間人員撤離后，在陸地遙控生產(chǎn)過程中透平濕氣壓縮機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性大幅提高，壓縮機(jī)由于上述原因停機(jī)因素基本被消除，效果顯著。2011年三次人員臺風(fēng)撤離和2012年的超強(qiáng)臺風(fēng)都保持了壓縮機(jī)遙控正常生產(chǎn)，極大的保證了下游用戶正常用氣，為氣田產(chǎn)量的超額完成奠定了基礎(chǔ)。

6 濕氣壓縮機(jī)優(yōu)化改造后的經(jīng)濟(jì)性

氣田濕氣壓縮機(jī)全部的改造都是由現(xiàn)場技術(shù)人員完成，整個(gè)改造的材料費(fèi)用不到10萬元，但帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)收入。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，一臺機(jī)組每次關(guān)停放空天然氣3320 方。按照改造前的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，每年機(jī)組由于上述原因至少會有三次機(jī)組關(guān)停，正常時(shí)候兩臺機(jī)組串聯(lián)運(yùn)行，則年減少放空的氣量為1.99萬方/年。氣田壓縮機(jī)運(yùn)行正常的情況下氣田產(chǎn)量為800 多萬方，而壓縮機(jī)全停最大氣量為500萬方左右，相比之下，壓縮機(jī)正常運(yùn)行則每天可以多生產(chǎn)300萬方天然氣。因此，在每年的避臺期間，由于壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，便可多生產(chǎn)天然氣至少1200萬方，即約為1200萬元。由于氣田穩(wěn)定的生產(chǎn)，為下游發(fā)電廠、化肥廠等用戶帶來的經(jīng)濟(jì)效益則更加巨大。