海洋平台伴生气回收中的无油喷液螺杆压缩橇装技术

李治贵海洋石油工程股份有限公司，天津300452

海洋平台伴生气回收中的无油喷液螺杆压缩橇装技术

李治贵
海洋石油工程股份有限公司，天津300452

海上平台伴生气因其产量少，组分复杂，含液多，传统处理方式多是排放至火炬系统燃烧掉，对海洋环境造成严重污染的同时也造成能源的巨大浪费。介绍了一种采用无油喷液螺杆压缩装置回收低压伴生气技术，对其典型工艺流程以及技术特点进行了论述，并根据其在渤海某平台的应用，介绍了冷却器、洗涤罐的设计，计算了安装本橇装设备后的平台伴生气回收收益。经实践检验本装置兼顾了实用性和经济性，具有较好的推广价值。

伴生气回收；无油喷液螺杆压缩机；节能减排

海上石油平台对来自井口的油、气、水三相混合物一般采用三级脱水、脱气的稳定处理流程，一级游离水分离器中分离出的大量天然气多数能够直接供应锅炉等低压天然气用户，或者通过压缩机增压后供透平等高压用户利用及作为商品气通过海底管道进行外输，而二级热化学分离器中的低压闪蒸伴生气则很少配置专门的回收设备。

油田伴生气也属于天然气资源的一种，组分复杂且含液多，因此，需要的加工处理工艺比一般的气田气和凝析气的处理工艺更为复杂，加之低压油田伴生气的产量一般较小且不稳定，可利用的压能较低，在过去往往被误认为是没有价值的，直接采用燃烧的方法处理，火炬产生的滚滚浓烟对环境造成严重污染，同时也是能源的巨大浪费。随着人们环保意识的增强以及国家“节能减排”政策的号召，海洋平台越来越重视此部分伴生气的挖潜增效工作。

目前，国内陆地油田回收利用伴生气已经有了很大发展，有较多成熟可靠的经验值得借鉴［1］。陆地油田设备布置空间限制较小，根据油田的气量情况可对回收设备进行搬迁使用，但相对寸土寸金的海洋平台，陆地的常规配置方案有较大的局限性，所以针对平台的伴生气回收方案要具体问题具体分析，兼顾实用性和经济性。根据一般经验，海上伴生气回收的常见方式有液化［2-3］、回注、发热发电等，综合技术比对及经济论证，将低压伴生气收集后增压，使其进入天然气处理系统，经洗涤和进一步增压后作为燃料，供透平发电及热介质锅炉等装置使用，而且仅需增加一套低压天然气增压装置。在考虑项目投资和收益率的前提下，此方式是目前海洋石油平台推荐使用的最佳伴生气回收再利用方式。

1 伴生气的增压装置

对前述提到的增压装置，目前主要有往复式活塞压缩机和螺杆式压缩机两种。往复式活塞压缩机对进气要求较高，级间需要冷却、洗涤，对基础要求高，占地面积大，而低压伴生气的产量通常并不高，因此采用往复式活塞压缩机回收不具备经济性。而螺杆式压缩机在处理低压伴生气方面，具有稳定、节能、高效等优势条件，在海洋平台上应用越来越广泛。

螺杆压缩机是一种作回转运动的容积式气体压缩机械，如图1所示，压缩腔内有一对相互啮合且按一定传动比旋转的阴、阳转子，在原动机传动装置带动下产生周期性的容积变化，完成气体的吸入、压缩和排出。

图1　螺杆压缩机工作原理

螺杆压缩机主要分为喷油和无油两种，最初海上平台使用的螺杆压缩机多为喷油型，由于喷油螺杆压缩机工作时，润滑油和气体直接接触，因此更适合于压缩干净的气体，在海上平台被广泛用作空气压缩机或经过脱烃、脱水、净化之后的天然气增压。同时，由于喷油螺杆压缩机工作时转子之间的泄漏间隙更小，因此可以在出口压力更高和进出口压差更大的工况下工作。但如果把喷油压缩机用于海上油田伴生气增压工况，存在显著的风险，排除实际工况与设计工况的差异，因伴生气的含液量较大，经常发生润滑油乳化现象，从而导致停机故障，给平台日常运行和安全生产带来诸多不便及隐患。因此，无油螺杆压缩在技术性能及安全性方面均具有显著优势。无油螺杆压缩机主要包括无油干式和无油湿式两种，其中无油干式螺杆机排温高、振动大、适用范围小，而无油湿式螺杆机能够弥补干式的缺点，且具有容积效率高、维护费用低等优点。无油喷液螺杆压缩机就属于性能较全面的新型无油湿式设计产品，比较适合海洋平台伴生气回收工况。

2 无油喷液螺杆橇装技术方案及特点

为了解决海上平台低压伴生气回收利用难题，给平台运营方提供整体工艺包解决方案，设计人员自主研发出无油喷液螺杆压缩橇装装置。该橇装装置的核心部件——无油喷液螺杆压缩机机头，由中国船舶重工集团第七一一研究所研发生产，机组具有安全可靠、性能优良、性价比高的特点，与国外同类橇装产品相比具有很强的竞争力。

2.1工艺方案

海洋平台低压伴生气典型回收增压橇装工艺流程如图2所示。

图2　典型工艺处理流程

由图2可知，该橇装装置工艺包由入口冷却器、压缩机、后冷却器、出口洗涤器等主要设备组成。入口冷却器用于降低气源温度，使其满足机头吸入温度需求。由于开机阶段机头内部缺液，设置补液口用于开机补液工况。伴生气经过螺杆机压缩后，由于温度升高，出口配置后冷却器，将压缩气体温度降低，进入出口洗涤器进行洗涤除液，分离出压缩工艺气中的液滴，使其含液量满足后续流程需求。分离器收集的液体一部分用于回注机头润滑转子，多余部分经闭排管道排出橇外。

该方案优化了正常流程需配置的前置洗涤罐及相关配套阀组，充分利用了机头的喷液回注能力，使得流程简单可靠，操作控制方便。此外，压缩机机头需要配置一套润滑油系统，用于润滑机头内部可动组件。机头密封形式一般采用迷宫密封、碳环密封、机械密封的组合结构，对于有毒有害等特殊工况采用干气密封系统，压缩机通过碟片式挠性联轴器采用电机（或变频电机）驱动。

2.2主要技术特点

在工艺包自主研发过程中，设计人员全面调研国内外同类产品的优缺点，在充分考虑海洋工况特点的前提下，设计出的无油喷液螺杆压缩橇装设备具有稳定可靠、配置简洁、性价比高等优点，其主要技术特点表现在以下方面：

（1）喷液技术可有效解决润滑油乳化问题。在压缩过程中喷入液体能够起到冷却和密封转子与转子、转子与壳体之间间隙的作用。

（2）流量采用变频调节可以将压缩机的吸气能力在30％～100％范围内连续调节，在入口条件变化以及部分变负载工况下，高效率地调节流量，减少用电消耗。

（3）具备气液混输能力，使用工况广泛，允许气体带粉尘杂质。

（4）级压比可达11，由于向压缩腔内直接喷液冷却被压缩气体，因此可以在压缩过程中控制其温度，变绝热压缩为等温压缩，从而避免了大压比时高温升情况的出现，通过两级或者多级串联可以达到更高的压比。

（5）整橇尺寸小、质量小，符合海上平台对设备的基本要求。

3无油螺杆压缩橇装技术海上平台应用实例

以渤海某片区平台为例，二级分离器溢出的低压天然气流量为1.5万m3/d，压力为20 kPaG，如果进入火炬系统处理将造成巨大能源浪费，因此设置一套低压天然气压缩机橇，将伴生气冷却、压缩、洗涤后增压至260 kPaG，并入天然气处理系统处理，用以供给透平发电。

3.1工艺流程

为提供压力及温度稳定、含水量达标的稳定气源，保证各项控制指标平稳保持在高、低关断范围内，橇内各设备的处理能力需满足主流程气液处理需求，管道尺寸需满足流量要求，并采取相应控制逻辑，如回流、连锁、调节控制等，使压力、液位、温度等被监控参数正常运行。设计的主工艺流程如图3所示。

本橇装设备流量调节采用变频与回流阀组合调节的方式。当来气量为设计气量的30％～100％时，采用变频调节；当来气量小于设计量的30％时，采用回流阀调节。

图3　主工艺流程设计

3.2冷却器的设计

在压缩机之前设置一台前冷却器（WC-3104），其主要作用是冷却上游流程输送来的高温气体，将其温度降至40℃以下，以满足压缩机入口温度要求。该冷却器换热面积为27 m2，换热量为396 kW。

由于压缩机出口的高温气体对橇外主流程无影响，故在机头与洗涤罐之间没有设置冷却器，但为保证洗涤罐内凝析液温度满足机头回注喷液温度要求，在回注流程上设置一台小型冷却器，其换热面积为7 m2，换热量为31 kW。与图2典型工艺包处理流程（机头和洗涤罐主流程间设置较大冷却器）相比，冷却器设计成本大大降低。

在本实例中两个冷却器均采用海水冷却式，换热器形式为管壳式，高温气体走壳程，海水走管程。

3.3洗涤罐的设计

为便于回收洗涤液，洗涤罐通常采用卧式放置，罐内设置丝网捕雾器。主要根据重力沉降原理将气液进行分离，液体聚集在罐底，为保证分离效果由液位调节阀调节液面，使气液界面维持在一定范围内。累积的液体一部分根据压缩机出口管道上的温度监控调节阀门开度用于回注机头，多余的部分直接排入闭排管道。

4 应用效益情况

垦利一期、二期，锦州海上平台先后采用上述工艺方案，应用无油喷液螺杆增压设备6台套，用以回收平台伴生天然气为透平提供燃料。根据各平台的气量回收情况，以5年为统计期，天然气价格按2元/m3计算，实际节能效果和经济效益统计情况见表1。

表1　海上油田无油喷液螺杆压缩技术应用效益

5 结束语

以往海洋平台开采过程中产生的伴生气直接进入火炬系统燃烧，消耗能源的同时向大气中排放了大量的CO2和NOx，无油喷液螺杆压缩机技术的应用为海洋石油平台节能减排提供了新思路、新方法，具有一定的借鉴及推广意义。相信在尚无更优方案的情况下，无油喷液螺杆压缩技术是海洋平台伴生气增压利用的主流方案。

［1］苏欣，王胜雷，张琳，等.油田伴生气利用对策及现状［J］.天然气与石油，2008，26（2）：33-37.

［2］谭越.海上油田伴生气处理及运输研究［J］.船海工程，2011，40 （1）：135-139.

［3］刘祖仁，邵智生，谢协民.文昌13-1/2油田放空天然气回收技术的应用［J］.节能与环保，2010，（2）：36-38.

［4］金涛，刘全恩，崔矿庆，等.LD10-1油田天然气回收工程实践［J］.中国海上油气，2009，21（1）：55-60.

Oil Free L iquid-injected Screw Compressor Skid-mounted Technique Used in Associated Gas Recoveryat Offshore Platform

LIZhigui
Offshore OilEngineering Co.，Ltd.，Tianjin 300452，China

Because of low production volume，multicomponent complexity and high liquid content of associated gas produced at offshore platform，the associated gas is discharged to a flare system to burn off in traditional approach，causing serious marine pollution and huge energy waste.This paper introduces the technique that uses the oil free liquid-injected screw compression apparatus to recover the low pressure associated gas，discusses its typical process flow and technical features，and describes the design of cooler and washing tank，then calculates the profits of the associated gas recovery after the skid-mounted apparatus was installed on the platform.The practice proves the apparatus has good practicability and economy，and promotionalvalue as well.

associated gas recovery；oilfree liquid-injected screw compressor；energyconservation and emission reduction

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.04.009

李治贵（1980-），男，山东潍坊人，工程师，2008年毕业于大连理工大学机械设计及理论专业，硕士，现从事海洋石油平台天然气压缩机成橇设计工作。Email：lizhigui@mail.cooec.com.cn

2016-02-18