把全龍，侯辰光，吳 磊，冀光峰，梁建斌

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300450）

0 引言

在海上油氣田，天然氣以氣井氣或伴生氣的方式被采出后，一般要進(jìn)行壓縮，使壓力增至與流程應(yīng)用要求相符合的水平，然后再通過(guò)管線輸送到陸上，或用作氣舉、注氣或作為平臺(tái)燃料。為了確保整個(gè)操作過(guò)程中的穩(wěn)定性、合理性，天然氣壓縮機(jī)型號(hào)選擇中必須綜合考慮多方面因素，使其符合相關(guān)生產(chǎn)作業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、促進(jìn)生產(chǎn)水平的提升，進(jìn)而減少能源消耗，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效益的增加。因此，研究海上油氣田天然氣壓縮機(jī)的選型設(shè)計(jì)工作具有深遠(yuǎn)意義。

根據(jù)方案規(guī)劃，將在渤海某區(qū)域新建一座中心處理平臺(tái)A，該區(qū)域的油田物流將全部輸送至A 平臺(tái)進(jìn)行分離和處理，分離出的伴生氣經(jīng)壓縮機(jī)增壓后部分進(jìn)入該平臺(tái)的燃料氣處理系統(tǒng)，為平臺(tái)主電站提供燃料氣，剩余氣量與處理后的含水原油一起混輸至中心處理平臺(tái)B。本文簡(jiǎn)要介紹海上油氣田常用壓縮機(jī)的不同類型及參數(shù)適用范圍，闡述各種型式壓縮機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)。

1 選擇壓縮機(jī)

目前，油氣田常用的壓縮機(jī)為活塞式壓縮機(jī)和離心式壓縮機(jī)兩大類。

往復(fù)式壓縮機(jī)常用于進(jìn)氣流量300 m3/min 以下，特別適用于小流量、高壓力的場(chǎng)合，通常每級(jí)最大壓縮比為3:1 到4:1。其特點(diǎn)是效率高，耐久可靠，壓力范圍寬，流量調(diào)節(jié)方便；適應(yīng)性較強(qiáng)，排量范圍較廣，且排氣量受排氣壓力波動(dòng)的影響很小。

離心式壓縮機(jī)常用于進(jìn)氣流量為14.6～5660 m3/min，主要優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)速高、體積小、重量輕；排氣平穩(wěn)，沒(méi)有氣流脈動(dòng)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。主要缺點(diǎn)是排氣量和排氣壓力的適應(yīng)性差，最小流量和最高壓力不能同時(shí)滿足；熱效率較低；工作特性隨工作條件變化較大，運(yùn)轉(zhuǎn)狀況穩(wěn)定性較差；氣體性質(zhì)對(duì)其影響較大，變工況性能不如活塞式壓縮機(jī)好。

兩類壓縮機(jī)的排氣量調(diào)節(jié)范圍有較大的差異：活塞式壓縮機(jī)一般可在30%～100%調(diào)節(jié)；離心式壓縮機(jī)一般在70%～100%調(diào)節(jié)，不同類型壓縮機(jī)的適用范圍如圖1 所示。

圖1 壓縮機(jī)適用范圍

在中心平臺(tái)A，所有自產(chǎn)及外輸來(lái)的井口物流均進(jìn)入生產(chǎn)分離器處理，分離出的天然氣經(jīng)冷卻、滌氣后進(jìn)入天然氣增壓系統(tǒng)，增壓后一部分天然氣送往燃料氣系統(tǒng)，供給平臺(tái)主電站使用，燃?xì)庀到y(tǒng)接收壓力為4 MPa；另外一部分天然氣送入海管，與處理后的含水原油一起混輸至中心平臺(tái)B，外輸所需壓力最高為7.2 MPa。A 平臺(tái)伴生氣壓縮工況的特點(diǎn)為：①氣體處理量最大約36×104Sm3/d（250 Sm3/min），屬于中、低范圍；②外輸所需壓力最高為7.2 MPa；③逐年流量變化較大；④壓比較為適中。

根據(jù)流量范圍適應(yīng)性、排氣壓力以及逐年流量變化大等特點(diǎn)進(jìn)行分析，推薦采用往復(fù)式壓縮機(jī)（表1、圖1）。

表1 平臺(tái)天然氣壓縮機(jī)逐年運(yùn)行參數(shù)

2 壓縮機(jī)組方案配置

配置壓縮機(jī)組首先是選擇基本機(jī)型、壓縮級(jí)數(shù)和所需的馬力。而要確定這些，則需知道氣體的流量、入口壓力、出口壓力和氣體的組分。處于開采中的氣田，一般情況下初期會(huì)有較高的氣產(chǎn)量，到中后期產(chǎn)量逐年衰減。該A 平臺(tái)天然氣組分見(jiàn)表2，天然氣壓縮機(jī)的流量、入口壓力、出口壓力等逐年運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1。

表2 平臺(tái)天然氣組分

根據(jù)壓縮機(jī)逐年入口流量及壓力，可選擇的壓縮機(jī)配置方案有：

（1）方案1：選用往復(fù)式壓縮機(jī)兩臺(tái)、一用一備，采用兩級(jí)壓縮；對(duì)全部氣體進(jìn)行統(tǒng)一壓縮，滿足海管外輸壓力；之后對(duì)部分氣體進(jìn)行降壓處理，以達(dá)到燃?xì)庀到y(tǒng)所需壓力。壓縮機(jī)單臺(tái)額定處理量約36×104Sm3/d、額定軸功率約1450 kW。

（2）方案2：選用往復(fù)式壓縮機(jī)兩臺(tái)、一用一備，采用三級(jí)壓縮；其中第二級(jí)的出口壓力為4 MPa，并從該級(jí)間抽取所需氣體量送往燃?xì)庀到y(tǒng)；剩余氣體進(jìn)入第三級(jí)氣缸增壓至海管外輸壓力。壓縮機(jī)單臺(tái)額定處理量約36×104Sm3/d（第一、二級(jí)缸）和21×104Sm3/d（第三級(jí)缸），額定軸功率約1250 kW。

（3）方案3：選用往復(fù)式壓縮機(jī)兩臺(tái)、一用一備，采用兩級(jí)壓縮，將伴生氣增壓至4 MPa 后送往燃?xì)庀到y(tǒng)，壓縮機(jī)單臺(tái)額定處理量約36×104Sm3/d、額定軸功率約1050 kW；同時(shí)設(shè)往復(fù)式壓縮機(jī)兩臺(tái)、一用一備，一級(jí)壓縮，將其余伴生氣增壓至海管外輸壓力，壓縮機(jī)單臺(tái)額定處理量約19×104Sm3/d、軸功率約200 kW。

3 方案比選

海上平臺(tái)天然氣外輸壓縮機(jī)選型中，需要對(duì)海上平臺(tái)、天然氣實(shí)際生產(chǎn)中的流量和壓力等多方面因素予以綜合考慮，同時(shí)要結(jié)合資源配置與占地的合理性，確保能滿足天然氣實(shí)際開發(fā)、外輸要求。此外，所選擇的天然氣外輸壓縮機(jī)類型也要滿足經(jīng)濟(jì)性與合理性的要求，以便減少平臺(tái)成本支出。

3 種選型方案的機(jī)組軸功率和綜合對(duì)比如表3、表4 所示，其中方案3 的設(shè)備總費(fèi)用為3500 萬(wàn)元，包括大設(shè)備（1000 萬(wàn)元/臺(tái)）、小設(shè)備（600 萬(wàn)元/臺(tái)）以及甲板面積增加引起的費(fèi)用（300 萬(wàn)元）。

表3 3 種選型方案的機(jī)組軸功率對(duì)比 kW

表4 3 種選型方案的綜合比較

針對(duì)壓縮機(jī)選型方案進(jìn)行研究分析：

（1）在總體投資方面，方案1、方案2 明顯優(yōu)于方案3，并且方案3 對(duì)于設(shè)備的總占地面積增加較大，對(duì)平臺(tái)的整體面積和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響更大。

（2）方案2（三級(jí)壓縮）存在的問(wèn)題有：需要從級(jí)間抽出較大量氣體，且氣量逐年變化較大，這會(huì)使機(jī)組氣缸間的運(yùn)行力不平衡，引起高振動(dòng)等問(wèn)題；由于第三級(jí)氣缸的處理規(guī)模低于前兩級(jí)較多，在實(shí)際運(yùn)行中如果因燃?xì)庀牧康陀谠O(shè)計(jì)值或某些特殊工況，會(huì)造成進(jìn)入第三級(jí)氣缸的氣量超出或較多超出其設(shè)計(jì)規(guī)模，氣缸活塞桿有可能因超出其設(shè)計(jì)能力而損壞。因此，該方案存在一定安全問(wèn)題。

（3）對(duì)于方案1，因全部氣體都被增壓到外輸壓力，即都滿足外輸要求，因而對(duì)于各種潛在工況的適應(yīng)能力更強(qiáng)，運(yùn)行保險(xiǎn)系數(shù)更高。

4 結(jié)論

根據(jù)A 平臺(tái)伴生氣的流量范圍、排氣壓力以及逐年流量變化大等特點(diǎn)進(jìn)行分析，宜采用往復(fù)式壓縮機(jī)。將可選擇的壓縮機(jī)配置進(jìn)行綜合比選，鑒于從技術(shù)性、運(yùn)行安全性、合理控制設(shè)備占地和重量、及節(jié)約經(jīng)濟(jì)投資等角度考慮，選擇方案1。即在A 平臺(tái)上設(shè)往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)兩臺(tái)、一用一備，單臺(tái)額定處理量約36×104Sm3/d，增壓方式為二級(jí)壓縮。壓縮機(jī)流量采用調(diào)節(jié)余隙、控制卸荷閥開關(guān)等方式，在不打回流的情況下可以滿足從第1 年～第18 年的流量調(diào)節(jié)范圍；在第19 年—第20 年，因流量較低，采用打回流操作。