海上平台低压气回收系统优化与改造

张祥荣，陈边江，易鹏，鲍会召(中海石油(中国)有限公司湛江分公司，广东 湛江 524057)

0 引言

南海某气田低压气回收系统主要作用是用于回收放空天然气，在创造良好的经济效益的同时，减少碳排放，实现节能减排。低压回收气系统流程为来自凝析油缓冲罐里的闪蒸天然气(约100 kPa)经过一、二级螺杆压缩机进行增压(约1 750 kPa)后进入出口缓冲罐进行气液分离，气相进入脱水、脱烃系统，处理达标后外输至下游用户，液相部分回流至螺杆机进口进行冷却，其余部分外输。螺杆压缩机一、二级电机均为变频控制，频率通过一、二级入口压力控制。

1 低压回收系统简介

1.1 冷却水系统

冷却水循环管线将冷却水喷入压缩机腔体内，与高温高压气体一起排出，经冷却、分离、过滤后，重新喷入压缩机腔体。喷液的目的一是对螺杆压缩机阴阳转子进行冷却，二是通过冷却水对压缩机阴阳转子间隙进行液封，阻止介质从高压端向低压端泄漏。启机过程中，因系统压力未建立需要从橇外补充冷却水，待出口缓冲罐压力、液位建立完毕后可以通过冷却水循环调节阀开关实现冷却水内部自循环。

1.2 润滑系统

滑油系统主要包括两台润滑油齿轮泵、双联过滤器、高低压润滑管汇、润滑油箱、滑油风冷器、高位油箱(10 m垂直高度差)等部分组成。滑油箱内的润滑油吸入油泵，然后流经油冷却器，经过双联式油过滤器的过滤，最后分配到各注油点。低压管汇滑油用于机组进排端轴承、齿轮及平衡活塞等零部件的润滑，高压管汇滑油用于机组机械密封的润滑冷却和轴向力的平衡。润滑油的压力通过自力式调节阀来控制，只有当油泵启动并建立油压以后，压缩机才允许启动。

2 低压回收气系统运行中的故障及解决措施

2.1 螺杆压缩机一、二级天然气入口温度低、级间压差大

螺杆压缩机在运行时过程中出现，一级入口天然气温度比上游来气温度低约10 ℃，一级螺杆压缩机出口压力比二级螺杆压缩机入口压力低约100 kPa，存在级间压差的现象。同时在保持入口压力设点时，螺杆机压缩机电机出现电流过载的故障。

2.1.1 原因分析

(1)循环冷却水通过出口缓冲罐经过管线回流至一、二级螺杆压缩机入口进行喷液冷却。缓冲罐为两相分离器，存在设计缺陷，回流的冷却水存在大量凝析油，凝析油通过高压端进入低压端，出现闪蒸、气化、膨胀吸热，导致入口天然气降温，大量气淤积在二级入口，导致一、二级存在压差。

(2)一、二级入口压力变送器安装位置正对循环冷却水，循环冷却水含有大量凝析油回流至螺杆压缩机入口闪蒸后，压力高于设点，变频器开始升频增加负荷，导致机组超过设计能力出现电机电流过载停机。

2.1.2 解决措施及建议

上述故障的主要原因是循环冷却水含油大量凝析油，凝析油回流后进行降压闪蒸，解决的思路即减少凝析油回流。首先是建立较高的油水界面，确保回流冷却时以水为主，将二级出口缓冲罐自动排液阀LV2802的排液位区由原来的350～380 mm调高为370～385 mm，机组连续运行时间明显延长，运行一段时间后又出现同样故障。再次分析确认回流的冷却水不断的被凝析油稀释，入口凝析油再次气化导致的关停。由于出口缓冲罐为两相(气/液)分离，可通过加油水堰板将其改造成三相分离器，使回流冷却水来自于水腔。但考虑到增加堰板的方式风险较高并且更改了原有压力容器的属性，决定使用简单改造方案，延长凝析油自动排液管线80 mm模拟三相分离器，油、气、水在出口缓冲罐进行分离，凝析油位于油水界面上层通过凝析油自动排液管线排放至下游外输容器，位于油水界面下层的水通过循环冷却水管线回流至螺杆压缩机入口进行喷液冷却，达到了冷却水不断循环重复利用的效果。出口缓冲罐内部改造前后比对如图1所示。

图1 出口缓冲罐内部改造前后比对图

2.2 螺杆压缩机异常掉电后机封损坏

平台生产期间因电站意外掉电使机组意外停机，停机后发现机组机械密封故障性磨损，导致冷却水进入滑油系统，滑油发生乳化污染。

2.2.1 原因分析

(1)低压天然气回收系统掉电后，润滑系统滑油泵失电导致滑油压力瞬间失压，而10 m垂直高度的高位油箱作为后置润滑，无法与停机后螺杆压缩机天然气进出口压差进行平衡。螺杆压缩机停机瞬间，机组在惯性力的作用下短时间运转，由于机械密封轴向力不平衡，进而造成机械密封的故障性磨损。

(2) 10 m垂直高度滑油液柱压力约0.085 MPa，停机瞬间一级进出口压差为0.4 MPa，二级进出口压差1.25 MPa。后置润滑供压不足，主滑油泵供电方式非应急电源，导致后润滑不足，机封损坏。

2.2.2 解决措施及建议

(1)将机械密封由湿式密封改为干气密封，不需要用润滑油来平衡密封压力，而是通过氮气来实现。改造干气密封涉及改变整个机组原有设计，改造成本、难度均较大，不符合现场生产要求。

(2)另一思路是确保掉电后机械密封仍能够保持持续性的压力润滑，可通过增加一套不间断电源给两台润滑齿轮油泵供电，并且将滑油泵供电模式由平台电站供电改为应急不间断电源供电，改造成本较高。

(3)基于润滑油量要满足1.2～1.5 MPa压力下3 min 600 L要求，并且要满足失电后的润滑需求，决定利用平台闲置设备设施对润滑系统进行改造应急滑油罐，满足掉电后的润滑作用，经研究出口洗涤罐V-2814(闲置)满足使用要求，设计压力为10.2 MPa，容积0.65 m3，工作温度5～70 ℃。

流程改造：改造思路为在主滑油流程上增加一路应急油路。正常运行情况螺杆压缩机由主滑油路进行供油，在机组失电情况下由应急油路供电，打开应急油路关断阀，供油时间累积至180 s或者应急滑油罐液位较低后关闭关断阀，防止应急滑油罐覆盖气窜入润滑系统。应急滑油罐使用氮气充压至1.6 MPa进行保压，功能上与大型储能器类似，罐体上安装相应的监测仪表进行监控，待滑油液位及压力下降时及时进行补充。

2.3 电机电流频繁过载

螺杆机在运行过程中，二级电机电流一直存在着运行超标的现象，变频运行最大值为472 A，高于电机的额定电流386.7 A，频繁出现过载停机。

2.3.1 原因分析

对工艺流程、电流显示、电机选型、机械零件装配工艺等问题进行原因排查，发现二级压缩机进气端(非驱动端)零部件有刚性摩擦磨损。分析原因主要为机封无法按照配合完全装进机体，机封座与机体有1.5 mm的间隙，使机械密封装配不到位，导致机封磨损，电机负荷增大，长期运行会使机封密封失效，滑油污染。

2.3.2 解决措施及建议

(1)针对后端将机封上末端推环厚度通过车床加工，断面车削掉1.5 mm，去除推环的装配影响。

(2)设计并制作机械密封试压工装，提升机械密封检修效率，实现离线试压测试。

(3)螺杆机机体两侧加装带阀门的呼吸管，平常关闭，巡检时打开阀门，通过对管口天然气的监测实现对机械密封泄漏的提前判断，其准确性和预判性优于对滑油含水率的检测及滑油液位的监控。

3 结语

针对低压回收气系统运行时出现压缩机级间压差大、异常掉电后机封损坏、电机电流过载等问题，分析故障原因并进行相应适应性改造，实施后低压气回收系统相应故障消除，系统运行平稳，每年可回收天然气750万立方米，减少维修费用150万元。