海上平台燃驱离心压缩机的利旧应用

于邦廷，吴尧增，张海红，王文祥，徐正海

（中海油研究总院有限责任公司，北京 100028）

0 引言

海上气田生产开发具有一定的衰减规律，当气田生产进入后期阶段，油气产量大幅降低，平台上用于天然气增压的压缩机由于增压工况变化会面临改造或者闲置的问题。由于海上气田用离心压缩机造价高，如能将闲置压缩机再利用，可以大幅降低新建工程投资。但海上不同气田增压工况差异大，气体组分、流量和外输压力不同，很难将两个不同气田的压缩机直接互换使用。尤其对于燃气透平驱动的离心压缩机利旧，不仅要校核压缩机的适应性，还需校核驱动机功率、转速、燃料适应性以及整橇设备拆卸、安装的可行性。燃驱离心压缩机的利旧工程复杂，在以往的项目中鲜有实施。

在海上某L 气田的开发中，为实现闲置资源的再利用并达到降低投资的目标，首次提出燃驱离心压缩机组的利旧应用。通过对其他油田2 台闲置的燃驱离心压缩机工况适应性的校核，认为通过压缩机叶轮的调级改造能够满足D 气田工艺增压需求。进而开展了压缩机整橇的利旧应用分析，制定了完整的利旧方案、可利旧清单、设备拆卸及再成橇方案，为海上平台大型设备的利旧提供了具有实用价值的工程案例。

1 研究背景

南海某L 气田CEP 平台（中心平台）由于其他气田天然气的接入，CEP 平台天然气外输压力提高，现有湿气压缩机无法满足海管外输压力要求，需要在CEP 平台新增干气压缩机。为了节省工程投资，拟采用另一平台上闲置封存的2 台燃驱离心机组作为新增干气压缩机，通过CEP 平台增压工况分析与库存压缩机能力校核，初步判断库存压缩机在驱动机功率、压缩机壳体承压以及转子增压能力等方面可以满足利旧要求。为了使利旧机组能够更加适应CEP 平台天然气增压外输需求，需针对新增干气压缩机运行工况进行详细的适应性分析，并确定利旧压缩机的利旧方案以及改造方案。

2 闲置压缩机现状分析

2 台现有闲置的燃驱离心压缩机于2006 年投入运行，驱动透平型号为索拉T70，2 台驱动机均在2012 年进行了大修，完成了核心机组交换，闲置燃驱离心压缩机驱动透平如图1 所示。压缩机到2014 年底停止运转，并于2015 年1 月份完成现场机组封存，距离项目利旧评估时仅间隔1 年，为燃气透平利旧应用提供了较好的基础。燃气透平在封存前由透平厂家对机组进行了点火测试及完整性检查，燃料气、滑油系统管路经过清空、吹扫，并用阀门、隔板隔离，保护措施比较完整。

图1 闲置燃驱离心压缩机驱动透平

压缩机机头为德莱赛兰两段式离心压缩机，现场压缩机工艺管线已经拆除，压缩机进出口法兰盲板隔离，压缩机壳内进行N2密封。压缩机与驱动机分别成橇，两个底橇由螺栓连接。驱动机罩壳、橇内部分管线、底橇表面及紧固件有锈蚀现象，但整体机械完整性比较好，可利用部件较多，具备利旧再使用的条件。如图2 所示，即为闲置压缩机机头现场图。

图2 现场闲置离心压缩机组

3 压缩机利旧可行性分析

3.1 CEP 平台增压流程

图3 为CEP 平台天然气增压流程。CEP 平台现有3 台湿气燃驱离心压缩机，设计入口压力为1790 kPa（G），出口压力为6580 kPa（G），驱动机功率约5683 kW，用于增压本平台井口自产气。增压后的湿气经TEG（三甘醇）塔脱水后变为干气，干气不需增压即可满足外输海管输送压力要求，正常生产期间干气外输压力约为6100 kPa（A）。周边PRP 平台（生产平台）和D 气田天然气直接接入CEP 平台外输海管，统一输送至陆上终端。由于D 气田天然气的接入，导致CEP 平台外输压力由6100 kPa（A）增加至7910 kPa（A），现有湿气压缩机出口压力已无法满足外输要求，因此需要在CEP 平台新增干气压缩机。

图3 CEP 平台天然气增压流程

3.2 CEP 平台干气压缩机校核

表1 为CEP 平台新增干气压缩机逐年运行参数要求，由于CEP 平台产气量衰竭较快，从第3 年开始产气量将大幅降低。新增干气压缩机采用2 台闲置燃驱离心压缩机，压缩机型号D6R9B，为两段式离心压缩机，共有9 级叶轮，驱动燃气透平为Solar T70。经过核算，驱动机功率满足需求，只需对利旧压缩机叶轮进行调节改造即可满足利旧要求。调级改造后的压缩机运行1 台，从第4 年开始由于产气量太少，需要回流才能满足机组最小流量需求。

表1 CEP 平台新增干气压缩机逐年运行参数

3.3 干气压缩机改造方案

将原闲置机组改造为CEP 平台干气压缩机，通过利旧一部分现有静止部件和转动部件降低改造成本。改造将减少压缩级数，从现有的9 级改为4 级，即保留原一段1、2、3 级叶轮作为2、3、4 级叶轮继续使用，新增1 级叶轮，拆除原第5 至9 级叶轮。现有压缩机为2 段背靠背形式的压缩机，如图4 所示。改造后压缩机将是1 段直流式，现有第2 段的进出口管嘴将用盲板盲死。现有压缩机的壳体、轴承组件、轴、联轴器和干气密封的设计保持不变，现有部件和备件均可以继续使用。调整后的压缩机通过性能计算校核，满足干气压缩机工况要求，典型年份运行工况适应性校核如图5 所示。

图4 两段压缩机叶轮模型

图5 利旧压缩机典型年份运行工作点

3.4 驱动机及辅助系统利旧分析

利旧压缩机采用燃气透平作为驱动机，需要开展燃气透平对CEP 平台燃料气的适应性分析。由于CEP 平台伴生气中CO2含量较高，经透平厂家校核，需要将利旧的透平机组燃料气喷嘴经过一定改造才能适应CEP 平台燃料气。另外由于CEP 平台电制为50 Hz，与利旧压缩机所在平台60 Hz电制不同，还需要对透平辅机如罩橇通风风机电机、滑油泵电机、滑油冷却风扇、滑油加热器、橇内交流电照明灯进行更换。

4 压缩机拆卸与再成橇

4.1 拆除前试验方案

由于利旧的压缩机和驱动机在现场闲置时间较长，为测试整套燃驱压缩机组的机械完整性，控制系统及其他附属设备的完整性，建议在利旧前进行压缩机运转试验。采用恢复工艺气流程做压缩机试验代价高、时间长、风险较大，不推荐进行。经与驱动机厂家和压缩机厂家沟通，可以进行压缩机开式空气试验，压缩机运行介质为空气。

4.2 压缩机拆卸方案

闲置压缩机组的驱动机和压缩机分别成2 个橇，压缩机橇重量约17 t，驱动燃气透平整橇重约25 t，所在平台吊机主钩能力为30 t/9 m、25 t/10.5 m。如图6 所示，2 台压缩机轴线距离吊机中心的水平距离分别为14.5 m 和20.4 m，由于2 台压缩机组距离吊机距离较远，无法利用平台吊机直接起吊压缩机的2 个橇。为降低拆卸费用，避免使用大型浮吊船舶，可通过将压缩机底橇和燃气透平底橇分别平移拖拉至平台吊机附近，再利用吊机整体转运，转移路径如图7 所示。

图6 闲置压缩机距离平台吊机距离

图7 压缩机底橇平移拖拉路径

4.3 利旧压缩机再成橇

从平台拆下来的2 台压缩机需要先由压缩机厂家返厂改造，包括新增叶轮，调级，部分部件更换等工作。透平驱动机需要由索拉燃机厂家进行燃料喷嘴的改造以及部分辅机设备的更新。待改造完成后的压缩机返回建造场地后与燃气透平驱动机再次重新安装、成橇，包括压缩机后冷却器、所需配管、阀门、仪表等，建造成一个小型组块。另在模块设计建造阶段，需要核实橇块安装时是否会与平台设备存在干涉，应注意提前规避可能的碰撞并考虑相关措施。另外还需校核平台结构支撑能力，严格控制压缩机模块的总体重量、重心。

5 结论

在海上平台首次进行燃驱离心压缩机组的利旧，对利旧压缩机进行了新工况的适应性评估，通过叶轮调级改造将两段式离心压缩机改造为一段式压缩机，能够满足工艺增压需求。通过平台吊机拆卸压缩机、充分利用压缩机可利用部件，大幅减少了工程投资，为海上平台大型设备的利旧应用提供了可借鉴的经验。