摘 要 氣田工況原因和下游用戶對天然氣的旺盛需求導(dǎo)致東方l-1氣田中心平臺濕氣壓縮機(jī)工程比原計(jì)劃提前4年實(shí)施。該氣田的復(fù)雜工況要求壓縮機(jī)組工作區(qū)間必須非常寬、備用系數(shù)高、切換迅速,而海上施工條件又決定了濕氣壓縮機(jī)工程施工時無法整體預(yù)制吊裝,工程時間緊,工程預(yù)算費(fèi)用僅為合作氣田同類項(xiàng)目的1/3。為此,研發(fā)了透平驅(qū)動濕氣壓縮機(jī)三級串聯(lián)工藝:利用機(jī)組喘振工藝,修改了濕氣壓縮機(jī)軟件,使用入口旋流分離器和出口海水冷卻器,通過喘振閥形成小循環(huán)把機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)起來,實(shí)施精確控制,以實(shí)現(xiàn)多機(jī)組的切換和串聯(lián)運(yùn)行。并對其設(shè)備進(jìn)行了國產(chǎn)化研究,通過實(shí)施內(nèi)循環(huán)單機(jī)調(diào)試技術(shù)、組裝式吊機(jī)海上吊裝技術(shù)、電氣系統(tǒng)不停產(chǎn)改造技術(shù)和總體配管優(yōu)化技術(shù),對設(shè)計(jì)施工調(diào)試技術(shù)進(jìn)行了創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目在預(yù)算內(nèi)快速高質(zhì)量投產(chǎn)。工程投用后每天增產(chǎn)天然氣(40~120)×
關(guān)鍵詞 東方1-1氣田 濕氣壓縮機(jī) 三級串聯(lián) 國產(chǎn)化 不停產(chǎn) 調(diào)試技術(shù) 吊裝技術(shù) 自主設(shè)計(jì)
中國海洋石油有限公司東方l-1氣田投產(chǎn)后,低烴井的C02含量普遍升高,高烴井的井口壓力下降較快。為了滿足下游用戶對天然氣的需求,增大了低烴高含C02氣井的產(chǎn)量,利用濕氣壓縮機(jī)增壓提高輸量。但該氣田的復(fù)雜工況要求壓縮機(jī)組工作區(qū)間必須非常寬、備用系數(shù)高、切換迅速,而海上施工條件又決定了濕氣壓縮機(jī)工程施工時無法整體預(yù)制吊裝,工程時間緊,工程預(yù)算費(fèi)用僅為合作氣田同類項(xiàng)目的1/3 [1]。為此,研發(fā)了透平驅(qū)動濕氣壓縮機(jī)三級串聯(lián)工藝,并對其設(shè)備國產(chǎn)化和設(shè)計(jì)施工調(diào)試技術(shù)進(jìn)行了創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目在預(yù)算內(nèi)快速高質(zhì)量投產(chǎn)。
1透平驅(qū)動大功率高壓濕氣壓縮機(jī)三級串聯(lián)工藝
透平驅(qū)動大功率高壓濕氣壓縮機(jī)本身工藝系統(tǒng)非常復(fù)雜,自成體系且完全自動化控制,在有限的空間通過增加閥門和管線來實(shí)現(xiàn)三級串聯(lián)工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個繁雜而系統(tǒng)的創(chuàng)新工程,該工藝設(shè)計(jì)不僅要滿足機(jī)組單機(jī)運(yùn)行和互相切換、兩臺串聯(lián)、先后啟動和切換運(yùn)行、三臺串聯(lián)和啟動推出等,還要滿足多工況啟動、運(yùn)行、停機(jī)、機(jī)組不同組合并入、退出、單機(jī)、二機(jī)串聯(lián)和三機(jī)串聯(lián)不停產(chǎn)調(diào)試、二機(jī)串聯(lián)快速切換、轉(zhuǎn)換、機(jī)組在不同運(yùn)行工況下的具有高備用系數(shù)等要求。
根據(jù)壓縮機(jī)的組合工況進(jìn)行機(jī)組串聯(lián)、切換工藝設(shè)計(jì)。機(jī)組切換、串聯(lián)時上級壓縮機(jī)組會對下一級機(jī)組產(chǎn)生巨大的沖擊,為此,利用機(jī)組喘振工藝,修改了濕氣壓縮機(jī)軟件,使用入口旋流分離器和出口海水冷卻器,通過喘振閥形成小循環(huán)把機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)起來,實(shí)施精確控制,以實(shí)現(xiàn)多機(jī)組的切換和串聯(lián)運(yùn)行。不同階段壓縮機(jī)的組合工況見表l。
根據(jù)不同的工藝工況需求,機(jī)組在不同組合、不同工況下均運(yùn)行在高效區(qū),遠(yuǎn)離喘振區(qū)。透平選用同一型號(Taurus 70)。3臺離心式壓縮機(jī)為同一系列,但葉輪大小、壓比稍有差異,分為LP、HP和SB。機(jī)組采用干氣密封。
根據(jù)所提供的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù),壓縮機(jī)的入口壓力最大為6 685 kPa,因此,分離器的設(shè)計(jì)壓力為7 300 kPa。
2相關(guān)設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新及其國產(chǎn)化研究
2.1 濕氣壓縮機(jī)前置旋流分離器
2.1.1 相關(guān)設(shè)計(jì)
壓縮機(jī)采用三級增壓,每級壓縮機(jī)前采用旋流分離器去除來氣中的游離水及固體顆粒。為確保系統(tǒng)正常工作,要求各壓縮機(jī)能夠如以下模式工作:模式l,第一級、第二級和第三級前置分離器都可以作為第一級前置分離器使用;模式2,第二級、第三級都可以作為第二級前置分離器使用;模式3,第二級、第三級都可以作為第三級前置分離器使用。這就要求各旋流分離器在3種工況下都能夠正常工作。為此,選用了具有高分離效率的導(dǎo)葉式旋風(fēng)管(圖1)。前置旋流分離器的分離效率[2]見表2。
對旋風(fēng)子的氣液分離特性曲線進(jìn)行了分析,試驗(yàn)結(jié)果表明:①氣液分離效率隨含液量降低而增大,因此實(shí)際分離效率會更高;②氣液分離效率隨旋風(fēng)子截面氣速增大而下降,這與氣固分離剛好相反;③氣固、氣液分離壓降關(guān)系基本一致。因此,下面僅討論壓降關(guān)系特性。
2.1.2設(shè)計(jì)計(jì)算
2.1.2.1氣固分離
設(shè)計(jì)基本原則是在許可壓降下,為了保證高分離效率,使旋風(fēng)子截面氣速不低于
1)設(shè)定旋風(fēng)子數(shù)量為96,從而模擬計(jì)算出常溫下旋風(fēng)子最大允許壓降,并按工作參數(shù)計(jì)算得到旋風(fēng)子實(shí)際壓降值,比較二者可知,在此狀態(tài)下旋風(fēng)子實(shí)際壓降值要比最大許可值小很多,也就是說在許可壓降值范圍內(nèi)有較大的設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)度。
2)為了保證較高的分離效率,設(shè)定旋風(fēng)子工作表觀截面氣速,而后模擬計(jì)算在該表觀截面氣速下需要旋風(fēng)子的數(shù)量及該工況下旋風(fēng)子壓降值的大小,并與該工況下旋風(fēng)子許可最大壓降值進(jìn)行比較。比較結(jié)果可知,各工況下旋風(fēng)子壓降值均比許可最大壓降值小,顯然假定的旋風(fēng)子表觀截面氣速值大小基本可行。
2.1.2.2氣液分離
氣液分離時旋風(fēng)子除液效率隨工作截面氣速增大而降低,因此,設(shè)計(jì)時以旋風(fēng)子工作截面氣速不大于
濕氣壓縮機(jī)前置旋流分離器旋流分離元件聯(lián)合國內(nèi)廠家自行設(shè)計(jì),旋流分離由中國石油大學(xué)(華東)編制軟件完成計(jì)算,并進(jìn)行了實(shí)物分離模擬。
2.2鈦制大型天然氣海水冷卻器
天然氣經(jīng)過濕氣壓縮機(jī)強(qiáng)力壓縮后,溫度升高,進(jìn)入下一道工藝流程前需要進(jìn)行冷卻降溫。天然氣海水冷卻器是利用清潔、環(huán)保、廉價的海水來冷卻天然氣的管殼式換熱裝置(圖2),采用管內(nèi)和管外單相強(qiáng)制對流換熱理論研制而成,是典型的間壁式換熱裝置。海水冷卻器受壓部件工作在海水和含C02濕天然氣的腐蝕環(huán)境中,所以,其良好的耐蝕性、抗振性和經(jīng)濟(jì)性是產(chǎn)品研制的關(guān)鍵技術(shù)問題。
海水冷卻器研制關(guān)鍵技術(shù):
1)在選材方面,采用TA2材料的全鈦殼體、管板、管束和16 Mn+TA2、16 MnR+
2)在連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,采用同材對接焊、角焊、對接焊+條襯雙密封焊和異材爆炸焊、螺紋連接等技術(shù),解決了產(chǎn)品連接結(jié)構(gòu)的耐蝕性問題。
3)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,殼側(cè)法蘭采用l6 Mn+TA2襯環(huán)形式的松套法蘭結(jié)構(gòu),大幅降低了產(chǎn)品的制造成本。管側(cè)法蘭采用
4)在抗振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,為防止高速流動的海水橫向沖刷管束時誘導(dǎo)管束振動,采用了折流板缺口區(qū)不布管和管束施加支撐板的設(shè)計(jì)方式,提高了管束的整體固有頻率,消除了管束的振動傾向。此外,為防止管束進(jìn)口處受海水的強(qiáng)力沖刷受損或引起管束劇烈振動,在管束進(jìn)口處還裝設(shè)了防沖板。
2.3干氣密封系統(tǒng)
干氣密封系統(tǒng)對于濕氣壓縮機(jī)來說至關(guān)重要,壓縮機(jī)依靠高壓干氣進(jìn)行密封,干氣壓力不夠?qū)⒛p和損壞濕氣壓縮機(jī)。以往項(xiàng)目干氣密封設(shè)備依賴進(jìn)口,且其體積大、費(fèi)用高、采辦周期長。通過研究采用國產(chǎn)航天使用的高壓氣體壓縮設(shè)備,其設(shè)計(jì)流程簡潔,操作方便、可靠.維護(hù)工作量少,占地小,投資省,采辦周期短。
干氣密封增壓系統(tǒng)以3臺增壓設(shè)備并聯(lián)的形式,將
2.4濕氣壓縮機(jī)“一控三”監(jiān)控系統(tǒng)
濕氣壓縮機(jī)三級串聯(lián)運(yùn)行操作非常復(fù)雜,為便于現(xiàn)場的閥門動作監(jiān)控、機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視和就近操作控制,監(jiān)控系統(tǒng)采用就地控制盤的監(jiān)控方式,同時在東方1-1氣田MCC房增加監(jiān)控終端,以達(dá)到在MCC進(jìn)行透平參數(shù)監(jiān)控的目的。應(yīng)用“一控三”技術(shù),僅增加1套監(jiān)控裝置,進(jìn)行切換顯示和同時顯示,實(shí)現(xiàn)3臺機(jī)組的同時監(jiān)視和控制。
濕氣壓縮機(jī)“一控三”監(jiān)控系統(tǒng),由一套非工控機(jī)電腦和標(biāo)準(zhǔn)TT4000人機(jī)界面軟件組成,顯示單元通過友好的人機(jī)界面執(zhí)行多功能的系統(tǒng)顯示[3]。人機(jī)界面同時監(jiān)控透平和壓縮機(jī)的各參數(shù),計(jì)算執(zhí)行因素,報(bào)告報(bào)警,顯示運(yùn)行狀態(tài),存儲數(shù)據(jù),并執(zhí)行一系列廣泛的分析計(jì)算。通過在濕氣壓縮機(jī)現(xiàn)場控制盤安裝1784-CNBR通信模塊,使用RG6同軸電纜連接到MCC監(jiān)控終端,并通過VDU的TT4000多機(jī)組顯示軟件進(jìn)行切換顯示和同時顯示,實(shí)現(xiàn)3臺機(jī)組的同時監(jiān)控。
天然氣工業(yè)
3相關(guān)工程施工調(diào)試技術(shù)創(chuàng)新
3.1 內(nèi)循環(huán)完成單機(jī)調(diào)試技術(shù)
濕氣壓縮機(jī)單機(jī)常規(guī)調(diào)試方法會使用單獨(dú)的循環(huán)調(diào)試工藝流程,需要安裝大型精密空氣濾器利用空氣進(jìn)行調(diào)試。而東方l-1氣田海上現(xiàn)場無法滿足上述條件,且為了單機(jī)調(diào)試停產(chǎn)代價也太大。為此,結(jié)合海上現(xiàn)場實(shí)際情況以及項(xiàng)目的工藝特點(diǎn),從高氮井引出l條管線注入壓縮機(jī)單機(jī)工藝流程,修改濕氣壓縮機(jī)軟件,使用入口旋流分離器和出口海水冷卻器,通過喘振閥形成小循環(huán)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)試,實(shí)施精確控制,以實(shí)現(xiàn)單機(jī)性能測試。具體流程為:①臨時從高氮井引出1條管線,接人壓縮機(jī)組加載閥前;②旁通旋流分離器2個腔室的液位信號LALL和LAL;③打開加載閥,對系統(tǒng)進(jìn)行掃線、沖壓,當(dāng)系統(tǒng)壓力上升到設(shè)定壓力時停止沖壓;④對機(jī)組進(jìn)行功能測試;⑤檢查記錄燃料氣的用量;⑥取樣化驗(yàn),檢查旋流分離器的處理效果。
3.2組裝式吊機(jī)實(shí)施海上吊裝技術(shù)
濕氣壓縮機(jī)工程需要將3臺旋流分離器(34 t)和3臺海水冷卻器(19 t)吊裝到東方卜l氣田CEP平臺上。海上施工船舶資源緊張,氣田附近無作業(yè)船舶。如果從別的海域調(diào)遣合適的施工船舶,費(fèi)用會特別大。經(jīng)研究,采用組裝式吊機(jī)來進(jìn)行設(shè)備吊裝,可滿足設(shè)備吊重、項(xiàng)目進(jìn)度、費(fèi)用等要求。
3.2.1 吊機(jī)安裝位置的選擇
將組裝式吊機(jī)(11 t)吊上平臺需要平臺南側(cè)吊機(jī)(15 t)來進(jìn)行。
3.2.2 平臺加固
通過建模分析和計(jì)算可知,需要在中層甲板至頂層甲板間需要進(jìn)行斜撐加固。
3.2.3 外加平臺的局部割除
平臺南側(cè)中層甲板相對頂層甲板沒有外飄,頂層甲板邊緣粱距離主承重粱
3.2.4 吊索具的選擇
1)旋流分離器[4]:單件分離器重量為30.148 t,考慮掛繩、吊高、平臺設(shè)施等,選擇
2)海水冷卻器:單件重量為19 t,選擇15 t×l
3.2.5 吊機(jī)和設(shè)備的裝船
海上吊裝時受天氣和海況等因素的影響較大,考慮到運(yùn)輸船在吊裝和待命期間的穩(wěn)定性和安全,須注意配載。運(yùn)輸船配載時應(yīng)充分考慮先吊裝的設(shè)備離船后,剩下設(shè)備對運(yùn)輸船穩(wěn)定性的影響,因此,需要確定設(shè)備吊裝的順序。同時,由于旋流分離器設(shè)備高近l
3.2.6 吊機(jī)的組裝
吊機(jī)部件由平臺南側(cè)吊機(jī)吊上平臺并協(xié)助組裝。組裝順序?yàn)椋旱鯔C(jī)導(dǎo)軌、底座、機(jī)體和扒桿。
3.2.7 吊機(jī)、平臺固定及吊重測試
吊機(jī)軌道與平臺固定之前需要進(jìn)行計(jì)算確定設(shè)備吊裝過程是否滿足規(guī)范和安全要求。吊機(jī)安裝完畢后,必須進(jìn)行吊重測試,試驗(yàn)方法如下:在吊機(jī)導(dǎo)軌長度方向內(nèi),選擇一個合適位置的結(jié)構(gòu)點(diǎn),(強(qiáng)度足夠)焊接一吊耳,根據(jù)吊機(jī)性能曲線及該點(diǎn)至吊機(jī)中心的距離(吊裝半徑),查出吊機(jī)吊重?cái)?shù)值,以1.25倍的系數(shù)乘以該數(shù)值,作為測試值,只要在此吊裝半徑內(nèi),起吊時,吊機(jī)計(jì)力器顯示出該數(shù)值而吊機(jī)無異常即為測試合格。
3.2.8設(shè)備吊裝
為了不影響東方1-1氣田CEP平臺生產(chǎn),設(shè)備吊裝在不停產(chǎn)的條件下進(jìn)行。拖輪靠泊之后,按順序?qū)υO(shè)備進(jìn)行解焊、吊離。設(shè)備吊上平臺之后,需要進(jìn)行推拉移位,將設(shè)備移到最終安裝位置。
3.3 電氣系統(tǒng)不停產(chǎn)改造技術(shù)
濕氣壓縮機(jī)工程低壓柜電氣改造是項(xiàng)目的關(guān)鍵點(diǎn),只有其改造完成,才能進(jìn)行濕氣壓縮機(jī)輔助系統(tǒng)設(shè)備調(diào)試投用等工作。考慮到東方l-1氣田抗停產(chǎn)能力弱,氣田負(fù)荷較小,主要設(shè)備一用一備可以通過A/B母排切換實(shí)現(xiàn)改造工作,進(jìn)行低壓柜電氣不停產(chǎn)改造,避免停產(chǎn)造成減產(chǎn)[5]。
低壓柜電氣改造主要工作內(nèi)容有:新增1個饋電柜,與低壓柜LB母線連接;舊開關(guān)柜進(jìn)行22個抽屜回路的改造。通過實(shí)施可拆卸式組裝的安裝方式,2個8E抽屜合并為16E抽屜工作直接可以通過不停電進(jìn)行改造。新增開關(guān)柜和21個開關(guān)抽屜在工廠內(nèi)生產(chǎn)改造完成。
3.4 總體配管優(yōu)化技術(shù)
1)采用三維設(shè)計(jì)軟件PDMS搭建1:1的設(shè)備、結(jié)構(gòu)和管線模型。東方1-1氣田二期開發(fā)工程項(xiàng)目濕氣壓縮機(jī)工程引進(jìn)三維設(shè)計(jì)軟件PDMS,在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中避免了很多大尺寸管線、設(shè)備、支架的碰撞問題,方便指導(dǎo)項(xiàng)目施工作業(yè)。三維模型和現(xiàn)場照片對照情況見圖3。
2)總體布置因地制宜。東方1-1氣田上層甲板預(yù)留位置平面空間有限,東方l-1氣田二期開發(fā)工程項(xiàng)目濕氣壓縮機(jī)工程充分利用上層甲板空間高度的優(yōu)勢,在濕氣壓縮機(jī)、前置旋流分離器和海水冷卻器的上方以及安全閥平面設(shè)計(jì)甲板,搭建二層平臺,布置管線、閥門、設(shè)備,同時便于以后生產(chǎn)人員的操作和維修。
3)采用CAESARII應(yīng)力分析軟件,圓滿解決應(yīng)力問題。濕氣壓縮機(jī)為大型動設(shè)備,且管線尺寸很大(管徑為406.4~
4)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)較好指導(dǎo)停產(chǎn)改造。濕氣壓縮機(jī)工程90%的施工在海上完成,整個濕氣壓縮機(jī)工程施工無停產(chǎn)。整個改造設(shè)計(jì)由于利用了PDMS三維軟件,管線設(shè)計(jì)詳細(xì)、周密、空間利用合理,較好地指導(dǎo)了停產(chǎn)施工方案,并提前完成停產(chǎn)作業(yè),大大降低了由于停產(chǎn)而造成的經(jīng)濟(jì)損失。
5)利用氮?dú)膺M(jìn)行試壓和氣密試驗(yàn),避免了壓縮機(jī)進(jìn)水問題。
6)壓縮機(jī)出口壓力變送器和溫度變送器安裝優(yōu)化設(shè)計(jì)。在有限的空間內(nèi),兼顧生產(chǎn)操作人員的觀察、操作和維修方便,對壓縮機(jī)出口壓力變送器和溫度變送器安裝位置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),達(dá)到了良好的效果。
7)優(yōu)化設(shè)計(jì)濕氣壓縮機(jī)底座架空管線路徑,避免碰撞。由于透平驅(qū)動高壓大容量濕氣壓縮機(jī)三級串聯(lián)管線異常復(fù)雜,而機(jī)組本身底部也是管線密布,結(jié)合工藝整體設(shè)計(jì),工程采用濕氣壓縮機(jī)底座架空設(shè)計(jì),優(yōu)化管線路徑,避免碰撞,有效利用高度空間,下方鋪設(shè)管線電纜,上方鋪設(shè)格柵板形成操作平臺,對機(jī)組進(jìn)行操作和維修,效果良好。
4 結(jié)論
2007年6月,東方1-1氣田二期開發(fā)工程項(xiàng)目濕氣壓縮機(jī)工程投產(chǎn)至今,透平濕氣壓縮機(jī)運(yùn)行狀況一直良好,每天增產(chǎn)天然氣(40~120)×
參考文獻(xiàn)
[1] 中海石油研究中心.東方1-1氣田開發(fā)工程項(xiàng)目總體開發(fā)方案[R].北京:中海石油研究中心,2001.
[2] 胡輝,周聲結(jié),孫河生,等.前置旋流分離器旋風(fēng)管的特性及數(shù)量確定[J].油氣田地面工程,2012,5(16):89-90.
[3] 胡輝,周聲結(jié),李大全.濕氣壓縮機(jī)“一控三”監(jiān)控終端改造研究[C]∥2010年廣東省石油學(xué)會優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文集.廣州:廣東省石油學(xué)會,2010.
[4] 賀瑩,胡輝,周聲結(jié),等.TC-90組裝式吊機(jī)在南海西部海域海上吊裝的應(yīng)用[C]∥2009年廣東省石油學(xué)會優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文集.廣州:廣東省石油學(xué)會,2009.
[5] 胡輝,周聲結(jié),李大全.東方1-1氣田電氣不停產(chǎn)改造應(yīng)用 [C]//2009年度工程建設(shè)論文集.湛江:中海石油(中國)有限公司湛江分公司,2009.
本文作者:胡輝 李大全 周聲結(jié)
作者單位:中海石油(中國)有限公司湛江分公司
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