螺杆式天然气压缩机在海上平台的应用
0 引言
海上平台油气处理过程中产生大量的伴生气.由于伴生气气压较低,若要回收利用这些伴生气,就需要进行加压.天然气压缩机常用形式包括活塞式,离心式和螺杆式三种.其中离心式压缩机在海上采油平台较少运用,最常用的为往复式天然气压缩机.本文以国内某海上平台为例,论述了螺杆式压缩机相比往复式压缩机在回收低压伴生气方面的优势.
1 方案概述与选型
国内某海上采油平台,采油过程中产生了大量的伴生气,每天约105 Sm3(1 Sm3即在1.01325×105 Pa的标准压强,0 ℃下1 m3),伴生气的气压较低,约0.12 MPa(此处及下文中所述均为表压).这些伴生气每天通过火炬燃烧掉,造成了很大的资源浪费.为了能够回收利用这些气体,需要将伴生气加压到2.0 MPa,供平台透平所用.以下通过对比往复式压缩机和螺杆式压缩机的优缺点,来确定合适的压缩方案.
1.1 往复式压缩机
在选用往复式压缩机进行加压时,往复式压缩机对含液气体敏感,气体中含有的液体会造成液击,从而会给压缩机带来严重伤害,轻则需要全面修理,重则需要直接更换压缩机的缸体等配件[1].为此,压缩机每一级的入口均需设置相应的分液装置,即入口洗涤罐.洗涤罐工艺尺寸依据沉降速度来计算,计算沉降速度时, 一般取液滴直径极限为100 μm[2].整个压缩流程如图1所示.
伴生气经过进气冷却器冷却到40 ℃后,进入入口洗涤器进行气液分离,然后进行一级压缩,冷却,分离和二级压缩,冷却,分离,产生气压为2.0 MPa,40 ℃的伴生气,供透平所用.通过对整个流程进行模拟计算,得到设备参数如表1所示.
图1 往复式压缩机压缩流程
Fig.1 Compression process of reciprocating compressor
表1 往复式压缩机系统主要设备清单
Table 1 Main equipments of reciprocating compressor system
| 设备名称 | 规格 | 操作质量/t |
|---|---|---|
| 进气冷却器 | 165 kW,ID 500 mm×2000 mm管长 | 2.3 |
| 入口洗涤器 | ID 1600 mm×6500 mm T/T | 16.0 |
| 一级出口冷却器 | 272 kW,ID 500 mm×3000 mm管长 | 3.2 |
| 一级出口洗涤器 | ID 800 mm×3500 mm T/T | 3.0 |
| 二级出口冷却器 | 221 kW, ID 500 mm×2500 mm管长 | 2.7 |
| 出口缓冲罐 | ID 400 mm×1800 mm T/T | 0.8 |
| 电机 | 电机功率400 kW | 3.5 |
| 往复式压缩机 | 压缩机缸径一级20英寸,二级12英寸 | 3.8 |
| 底座及其他配件 | 10000 mm×4000 mm×7000 mm | 15.0 |
1.2 螺杆式压缩机
若选用螺杆式压缩机,则压缩流程如图2所示.
图2 螺杆式压缩机压缩流程
Fig.2 Compression process of screw compressor
伴生气经过进气冷却器冷却后,进入螺杆压缩机压缩,压缩过程控制温度不超过200 ℃[3],控制压缩温度的方法是喷冷却液;压缩后的伴生气进入出口冷却器进行冷却,最后进入出口缓冲罐进行气液分离.通过设计计算,得到的主要设备参数如表2所示.
表2 螺杆式压缩机系统主要设备清单
Table 2 Main equipments of screw compressor system
| 名 称 | 规格 | 操作质量/t |
|---|---|---|
| 进气冷却器 | 165 kW,ID 500 mm×2000 mm管长 | 2.3 |
| 出口冷却器 | 511 kW, ID 400 mm×3000 mm管长 | 2.5 |
| 出口缓冲罐 | ID 400 mm×1800 mm T/T | 0.8 |
| 电机 | 电机功率400 kW | 3.5 |
| 螺杆压缩机 | 双螺杆 | 3.1 |
| 底座及其他配件 | 5000 mm×3500 mm×2500 mm | 8.0 |
2 方案对比
若采用往复式压缩机,压缩机入口的洗涤罐体积较大,加上底座高度后,总体高度将达到7000 mm,而甲板之间净间距只有7100 mm,所以该洗涤器在平台安装非常困难.采用往复式压缩机占用甲板面积约10000 mm×4000 mm,总质量约50.3 t.
若采用螺杆式压缩机,省去了入口洗涤罐,中间洗涤罐及换热器等设备,设备数量相比往复式压缩机减少了3台,占用甲板面积5000 mm×3500 mm,只有往复式压缩机的43.8%;总质量约20.2 t,只有往复式压缩机的40.2%.螺杆式压缩机具有更大的优势.
螺杆式压缩机与往复式压缩机相比,除了占地面积和设备质量外,还有如下优势:往复式压缩机的结构更为复杂,维修成本高[4],在同等处理量的情况下,螺杆式压缩机运动部件少,取消了气阀,填料和活塞环之类易损件,节省了更换这些零部件的停工时间;螺杆式压缩机不存在往复惯性力,因此允许压缩机在较高的转速下运行,一般3~5年仅需更换密封件1~2次,方便运行操作与管理,能适应24 h连续生产的要求.但是往复式压缩机的效率高,处理高压的能力强,螺杆式压缩机排气压强一般不能超过4.5 MPa[5].
3 结论
在海上平台低压伴生气的回收领域,螺杆式压缩机与往复式压缩机相比,具有占地少,质量轻,操作维修简便等优点,对于海上平台,因其有限的甲板面积和载重量,更适合采用螺杆式压缩机.对需将伴生气压力提高到较高压力的场合,也可采用螺杆式压缩机与往复式压缩机组合的方式来实现,从而更加有效地利用海上平台的面积,减少操作费用.
The authors have declared that no competing interests exist.
参考文献
| [1] | 黄懋浩. 压缩机维修及管理[J].科技与生活,2012(15): 214.
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| [2] | 海洋石油工程设计指南编委会.海洋石油工程设计概论与工艺设计[M].北京:石油工业出版社, 2007. 130.
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| [3] | 严巍.
工艺气体螺杆压缩机的选择 [J]. 流体力学, 2007, 35(4): 40. [本文引用: 1] |
| [4] | 靳朝霞,高铭志.
天然气压缩机的选型和应用 [J].石油和化工设备,2012(5): 24. [本文引用: 1] |
| [5] | 钟声,刘玉泉,刘奇林,等.
湿式工艺螺杆压缩机在低压气井开采中的应用 [J].天然气工业,2007, 27(6): 143. [本文引用: 1] |