張祥榮，陳邊江，易鵬，鮑會(huì)召(中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

0 引言

南海某氣田低壓氣回收系統(tǒng)主要作用是用于回收放空天然氣，在創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，減少碳排放，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。低壓回收氣系統(tǒng)流程為來(lái)自凝析油緩沖罐里的閃蒸天然氣(約100 kPa)經(jīng)過(guò)一、二級(jí)螺桿壓縮機(jī)進(jìn)行增壓(約1 750 kPa)后進(jìn)入出口緩沖罐進(jìn)行氣液分離，氣相進(jìn)入脫水、脫烴系統(tǒng)，處理達(dá)標(biāo)后外輸至下游用戶(hù)，液相部分回流至螺桿機(jī)進(jìn)口進(jìn)行冷卻，其余部分外輸。螺桿壓縮機(jī)一、二級(jí)電機(jī)均為變頻控制，頻率通過(guò)一、二級(jí)入口壓力控制。

1 低壓回收系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 冷卻水系統(tǒng)

冷卻水循環(huán)管線(xiàn)將冷卻水噴入壓縮機(jī)腔體內(nèi)，與高溫高壓氣體一起排出，經(jīng)冷卻、分離、過(guò)濾后，重新噴入壓縮機(jī)腔體。噴液的目的一是對(duì)螺桿壓縮機(jī)陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子進(jìn)行冷卻，二是通過(guò)冷卻水對(duì)壓縮機(jī)陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子間隙進(jìn)行液封，阻止介質(zhì)從高壓端向低壓端泄漏。啟機(jī)過(guò)程中，因系統(tǒng)壓力未建立需要從橇外補(bǔ)充冷卻水，待出口緩沖罐壓力、液位建立完畢后可以通過(guò)冷卻水循環(huán)調(diào)節(jié)閥開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)冷卻水內(nèi)部自循環(huán)。

1.2 潤(rùn)滑系統(tǒng)

滑油系統(tǒng)主要包括兩臺(tái)潤(rùn)滑油齒輪泵、雙聯(lián)過(guò)濾器、高低壓潤(rùn)滑管匯、潤(rùn)滑油箱、滑油風(fēng)冷器、高位油箱(10 m垂直高度差)等部分組成。滑油箱內(nèi)的潤(rùn)滑油吸入油泵，然后流經(jīng)油冷卻器，經(jīng)過(guò)雙聯(lián)式油過(guò)濾器的過(guò)濾，最后分配到各注油點(diǎn)。低壓管匯滑油用于機(jī)組進(jìn)排端軸承、齒輪及平衡活塞等零部件的潤(rùn)滑，高壓管匯滑油用于機(jī)組機(jī)械密封的潤(rùn)滑冷卻和軸向力的平衡。潤(rùn)滑油的壓力通過(guò)自力式調(diào)節(jié)閥來(lái)控制，只有當(dāng)油泵啟動(dòng)并建立油壓以后，壓縮機(jī)才允許啟動(dòng)。

2 低壓回收氣系統(tǒng)運(yùn)行中的故障及解決措施

2.1 螺桿壓縮機(jī)一、二級(jí)天然氣入口溫度低、級(jí)間壓差大

螺桿壓縮機(jī)在運(yùn)行時(shí)過(guò)程中出現(xiàn)，一級(jí)入口天然氣溫度比上游來(lái)氣溫度低約10 ℃，一級(jí)螺桿壓縮機(jī)出口壓力比二級(jí)螺桿壓縮機(jī)入口壓力低約100 kPa，存在級(jí)間壓差的現(xiàn)象。同時(shí)在保持入口壓力設(shè)點(diǎn)時(shí)，螺桿機(jī)壓縮機(jī)電機(jī)出現(xiàn)電流過(guò)載的故障。

2.1.1 原因分析

(1)循環(huán)冷卻水通過(guò)出口緩沖罐經(jīng)過(guò)管線(xiàn)回流至一、二級(jí)螺桿壓縮機(jī)入口進(jìn)行噴液冷卻。緩沖罐為兩相分離器，存在設(shè)計(jì)缺陷，回流的冷卻水存在大量凝析油，凝析油通過(guò)高壓端進(jìn)入低壓端，出現(xiàn)閃蒸、氣化、膨脹吸熱，導(dǎo)致入口天然氣降溫，大量氣淤積在二級(jí)入口，導(dǎo)致一、二級(jí)存在壓差。

(2)一、二級(jí)入口壓力變送器安裝位置正對(duì)循環(huán)冷卻水，循環(huán)冷卻水含有大量凝析油回流至螺桿壓縮機(jī)入口閃蒸后，壓力高于設(shè)點(diǎn)，變頻器開(kāi)始升頻增加負(fù)荷，導(dǎo)致機(jī)組超過(guò)設(shè)計(jì)能力出現(xiàn)電機(jī)電流過(guò)載停機(jī)。

2.1.2 解決措施及建議

上述故障的主要原因是循環(huán)冷卻水含油大量凝析油，凝析油回流后進(jìn)行降壓閃蒸，解決的思路即減少凝析油回流。首先是建立較高的油水界面，確保回流冷卻時(shí)以水為主，將二級(jí)出口緩沖罐自動(dòng)排液閥LV2802的排液位區(qū)由原來(lái)的350～380 mm調(diào)高為370～385 mm，機(jī)組連續(xù)運(yùn)行時(shí)間明顯延長(zhǎng)，運(yùn)行一段時(shí)間后又出現(xiàn)同樣故障。再次分析確認(rèn)回流的冷卻水不斷的被凝析油稀釋?zhuān)肟谀鲇驮俅螝饣瘜?dǎo)致的關(guān)停。由于出口緩沖罐為兩相(氣/液)分離，可通過(guò)加油水堰板將其改造成三相分離器，使回流冷卻水來(lái)自于水腔。但考慮到增加堰板的方式風(fēng)險(xiǎn)較高并且更改了原有壓力容器的屬性，決定使用簡(jiǎn)單改造方案，延長(zhǎng)凝析油自動(dòng)排液管線(xiàn)80 mm模擬三相分離器，油、氣、水在出口緩沖罐進(jìn)行分離，凝析油位于油水界面上層通過(guò)凝析油自動(dòng)排液管線(xiàn)排放至下游外輸容器，位于油水界面下層的水通過(guò)循環(huán)冷卻水管線(xiàn)回流至螺桿壓縮機(jī)入口進(jìn)行噴液冷卻，達(dá)到了冷卻水不斷循環(huán)重復(fù)利用的效果。出口緩沖罐內(nèi)部改造前后比對(duì)如圖1所示。

圖1 出口緩沖罐內(nèi)部改造前后比對(duì)圖

2.2 螺桿壓縮機(jī)異常掉電后機(jī)封損壞

平臺(tái)生產(chǎn)期間因電站意外掉電使機(jī)組意外停機(jī)，停機(jī)后發(fā)現(xiàn)機(jī)組機(jī)械密封故障性磨損，導(dǎo)致冷卻水進(jìn)入滑油系統(tǒng)，滑油發(fā)生乳化污染。

2.2.1 原因分析

(1)低壓天然氣回收系統(tǒng)掉電后，潤(rùn)滑系統(tǒng)滑油泵失電導(dǎo)致滑油壓力瞬間失壓，而10 m垂直高度的高位油箱作為后置潤(rùn)滑，無(wú)法與停機(jī)后螺桿壓縮機(jī)天然氣進(jìn)出口壓差進(jìn)行平衡。螺桿壓縮機(jī)停機(jī)瞬間，機(jī)組在慣性力的作用下短時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，由于機(jī)械密封軸向力不平衡，進(jìn)而造成機(jī)械密封的故障性磨損。

(2) 10 m垂直高度滑油液柱壓力約0.085 MPa，停機(jī)瞬間一級(jí)進(jìn)出口壓差為0.4 MPa，二級(jí)進(jìn)出口壓差1.25 MPa。后置潤(rùn)滑供壓不足，主滑油泵供電方式非應(yīng)急電源，導(dǎo)致后潤(rùn)滑不足，機(jī)封損壞。

2.2.2 解決措施及建議

(1)將機(jī)械密封由濕式密封改為干氣密封，不需要用潤(rùn)滑油來(lái)平衡密封壓力，而是通過(guò)氮?dú)鈦?lái)實(shí)現(xiàn)。改造干氣密封涉及改變整個(gè)機(jī)組原有設(shè)計(jì)，改造成本、難度均較大，不符合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)要求。

(2)另一思路是確保掉電后機(jī)械密封仍能夠保持持續(xù)性的壓力潤(rùn)滑，可通過(guò)增加一套不間斷電源給兩臺(tái)潤(rùn)滑齒輪油泵供電，并且將滑油泵供電模式由平臺(tái)電站供電改為應(yīng)急不間斷電源供電，改造成本較高。

(3)基于潤(rùn)滑油量要滿(mǎn)足1.2～1.5 MPa壓力下3 min 600 L要求，并且要滿(mǎn)足失電后的潤(rùn)滑需求，決定利用平臺(tái)閑置設(shè)備設(shè)施對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行改造應(yīng)急滑油罐，滿(mǎn)足掉電后的潤(rùn)滑作用，經(jīng)研究出口洗滌罐V-2814(閑置)滿(mǎn)足使用要求，設(shè)計(jì)壓力為10.2 MPa，容積0.65 m3，工作溫度5～70 ℃。

流程改造：改造思路為在主滑油流程上增加一路應(yīng)急油路。正常運(yùn)行情況螺桿壓縮機(jī)由主滑油路進(jìn)行供油，在機(jī)組失電情況下由應(yīng)急油路供電，打開(kāi)應(yīng)急油路關(guān)斷閥，供油時(shí)間累積至180 s或者應(yīng)急滑油罐液位較低后關(guān)閉關(guān)斷閥，防止應(yīng)急滑油罐覆蓋氣竄入潤(rùn)滑系統(tǒng)。應(yīng)急滑油罐使用氮?dú)獬鋲褐?.6 MPa進(jìn)行保壓，功能上與大型儲(chǔ)能器類(lèi)似，罐體上安裝相應(yīng)的監(jiān)測(cè)儀表進(jìn)行監(jiān)控，待滑油液位及壓力下降時(shí)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充。

2.3 電機(jī)電流頻繁過(guò)載

螺桿機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，二級(jí)電機(jī)電流一直存在著運(yùn)行超標(biāo)的現(xiàn)象，變頻運(yùn)行最大值為472 A，高于電機(jī)的額定電流386.7 A，頻繁出現(xiàn)過(guò)載停機(jī)。

2.3.1 原因分析

對(duì)工藝流程、電流顯示、電機(jī)選型、機(jī)械零件裝配工藝等問(wèn)題進(jìn)行原因排查，發(fā)現(xiàn)二級(jí)壓縮機(jī)進(jìn)氣端(非驅(qū)動(dòng)端)零部件有剛性摩擦磨損。分析原因主要為機(jī)封無(wú)法按照配合完全裝進(jìn)機(jī)體，機(jī)封座與機(jī)體有1.5 mm的間隙，使機(jī)械密封裝配不到位，導(dǎo)致機(jī)封磨損，電機(jī)負(fù)荷增大，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)使機(jī)封密封失效，滑油污染。

2.3.2 解決措施及建議

(1)針對(duì)后端將機(jī)封上末端推環(huán)厚度通過(guò)車(chē)床加工，斷面車(chē)削掉1.5 mm，去除推環(huán)的裝配影響。

(2)設(shè)計(jì)并制作機(jī)械密封試壓工裝，提升機(jī)械密封檢修效率，實(shí)現(xiàn)離線(xiàn)試壓測(cè)試。

(3)螺桿機(jī)機(jī)體兩側(cè)加裝帶閥門(mén)的呼吸管，平常關(guān)閉，巡檢時(shí)打開(kāi)閥門(mén)，通過(guò)對(duì)管口天然氣的監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械密封泄漏的提前判斷，其準(zhǔn)確性和預(yù)判性?xún)?yōu)于對(duì)滑油含水率的檢測(cè)及滑油液位的監(jiān)控。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)低壓回收氣系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)壓縮機(jī)級(jí)間壓差大、異常掉電后機(jī)封損壞、電機(jī)電流過(guò)載等問(wèn)題，分析故障原因并進(jìn)行相應(yīng)適應(yīng)性改造，實(shí)施后低壓氣回收系統(tǒng)相應(yīng)故障消除，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，每年可回收天然氣750萬(wàn)立方米，減少維修費(fèi)用150萬(wàn)元。