透平驅(qū)動(dòng)濕氣壓縮機(jī)三級(jí)串聯(lián)技術(shù)

胡輝 李大全 周聲結(jié)

中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司

透平驅(qū)動(dòng)濕氣壓縮機(jī)三級(jí)串聯(lián)技術(shù)

胡輝 李大全 周聲結(jié)

中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司

氣田工況原因和下游用戶(hù)對(duì)天然氣的旺盛需求導(dǎo)致東方1－1氣田中心平臺(tái)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(shí)無(wú)法整體預(yù)制吊裝，工程時(shí)間緊，工程預(yù)算費(fèi)用僅為合作氣田同類(lèi)項(xiàng)目的1／3。為此，研發(fā)了透平驅(qū)動(dòng)濕氣壓縮機(jī)三級(jí)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(guò)喘振閥形成小循環(huán)把機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，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(duì)其設(shè)備進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)化研究，通過(guò)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(duì)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）×104m3，滿(mǎn)足了復(fù)雜工況下的氣田開(kāi)發(fā)和下游天然氣用戶(hù)的生產(chǎn)需求。

東方1－1氣田 濕氣壓縮機(jī) 三級(jí)串聯(lián) 國(guó)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(guó)海洋石油有限公司東方1－1氣田投產(chǎn)后，低烴井的CO2含量普遍升高，高烴井的井口壓力下降較快。為了滿(mǎn)足下游用戶(hù)對(duì)天然氣的需求，增大了低烴高含CO2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(shí)無(wú)法整體預(yù)制吊裝，工程時(shí)間緊，工程預(yù)算費(fèi)用僅為合作氣田同類(lèi)項(xiàng)目的1／3［1］。為此，研發(fā)了透平驅(qū)動(dòng)濕氣壓縮機(jī)三級(jí)串聯(lián)工藝，并對(duì)其設(shè)備國(guó)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(dòng)大功率高壓濕氣壓縮機(jī)三級(jí)串聯(lián)工藝

透平驅(qū)動(dòng)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(dòng)化控制，在有限的空間通過(guò)增加閥門(mén)和管線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)三級(jí)串聯(lián)工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)繁雜而系統(tǒng)的創(chuàng)新工程，該工藝設(shè)計(jì)不僅要滿(mǎn)足機(jī)組單機(jī)運(yùn)行和互相切換、兩臺(tái)串聯(lián)、先后啟動(dòng)和切換運(yùn)行、三臺(tái)串聯(lián)和啟動(dòng)推出等，還要滿(mǎn)足多工況啟動(dòng)、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(shí)上級(jí)壓縮機(jī)組會(huì)對(duì)下一級(jí)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(guò)喘振閥形成小循環(huán)把機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，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(jiàn)表1。

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(hào)（Taurus 70）。3臺(tái)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L(zhǎng)P、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。

表1 不同階段壓縮機(jī)的組合工況表

2 相關(guān)設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新及其國(guó)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(jí)增壓，每級(jí)壓縮機(jī)前采用旋流分離器去除來(lái)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1，第一級(jí)、第二級(jí)和第三級(jí)前置分離器都可以作為第一級(jí)前置分離器使用；模式2，第二級(jí)、第三級(jí)都可以作為第二級(jí)前置分離器使用；模式3，第二級(jí)、第三級(jí)都可以作為第三級(jí)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(jiàn)表2。

圖1 導(dǎo)葉式旋風(fēng)管結(jié)構(gòu)示意圖

表2 前置旋流分離器的分離效率表

對(duì)旋風(fēng)子的氣液分離特性曲線(xiàn)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(huì)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3.5 m／s。

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(shuō)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(shí)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(shí)以旋風(fēng)子工作截面氣速不大于3.5 m／s為基本原則，并考慮分離器旋風(fēng)子實(shí)際數(shù)量的限制，設(shè)計(jì)過(guò)程同氣固分離［2］。

濕氣壓縮機(jī)前置旋流分離器旋流分離元件聯(lián)合國(guó)內(nèi)廠家自行設(shè)計(jì)，旋流分離由中國(guó)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(guò)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(jià)的海水來(lái)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(duì)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CO2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(wèn)題。

圖2 天然氣海水冷卻器的三維模型圖

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＋316 L等復(fù)合材料，從根本上解決了海水和CO2的腐蝕問(wèn)題。

2）在連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，采用同材對(duì)接焊、角焊、對(duì)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(wèn)題。

3）在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，殼側(cè)法蘭采用16 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316 L＋16 Mn復(fù)合材料的殼體及整體法蘭結(jié)構(gòu)，解決了管箱的耐壓和防腐問(wèn)題。

4）在抗振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，為防止高速流動(dòng)的海水橫向沖刷管束時(shí)誘導(dǎo)管束振動(dòng)，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(dòng)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(dòng)，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(duì)于濕氣壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)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)⒛p和損壞濕氣壓縮機(jī)。以往項(xiàng)目干氣密封設(shè)備依賴(lài)進(jìn)口，且其體積大、費(fèi)用高、采辦周期長(zhǎng)。通過(guò)研究采用國(guó)產(chǎn)航天使用的高壓氣體壓縮設(shè)備，其設(shè)計(jì)流程簡(jiǎn)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(tái)增壓設(shè)備并聯(lián)的形式，將10.0 m3／min、6.8 MPa的天然氣增壓至8.4 MPa后輸出。系統(tǒng)核心為3臺(tái)氣動(dòng)氣體增壓泵，其為空氣驅(qū)動(dòng)、無(wú)油、無(wú)潤(rùn)滑、自冷卻、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠的增壓設(shè)備。系統(tǒng)采取氣體驅(qū)動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)設(shè)備運(yùn)行的氣源為0.8 MPa的壓縮空氣。系統(tǒng)啟動(dòng)方式為手動(dòng)，并在天然氣輸出壓力達(dá)到8.4 MPa時(shí)自動(dòng)停機(jī)，而在天然氣輸出壓力低于7.6 MPa時(shí)自動(dòng)開(kāi)機(jī)。系統(tǒng)采用封閉式不銹鋼金屬外殼，并配有便于觀測(cè)的控制面板。

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(jí)串聯(lián)運(yùn)行操作非常復(fù)雜，為便于現(xiàn)場(chǎng)的閥門(mén)動(dòng)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(pán)的監(jiān)控方式，同時(shí)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(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)3臺(tái)機(jī)組的同時(shí)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(guò)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(shí)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(chǔ)數(shù)據(jù)，并執(zhí)行一系列廣泛的分析計(jì)算。通過(guò)在濕氣壓縮機(jī)現(xiàn)場(chǎng)控制盤(pán)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(guò)VDU的TT4000多機(jī)組顯示軟件進(jìn)行切換顯示和同時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)3臺(tái)機(jī)組的同時(shí)監(jiān)控。

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(huì)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1－1氣田海上現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法滿(mǎn)足上述條件，且為了單機(jī)調(diào)試停產(chǎn)代價(jià)也太大。為此，結(jié)合海上現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況以及項(xiàng)目的工藝特點(diǎn)，從高氮井引出1條管線(xiàn)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(guò)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(cè)試。具體流程為：①臨時(shí)從高氮井引出1條管線(xiàn)，接入壓縮機(jī)組加載閥前；②旁通旋流分離器2個(gè)腔室的液位信號(hào)LALL和LAL；③打開(kāi)加載閥，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行掃線(xiàn)、沖壓，當(dāng)系統(tǒng)壓力上升到設(shè)定壓力時(shí)停止沖壓；④對(duì)機(jī)組進(jìn)行功能測(cè)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(tái)旋流分離器（34 t）和3臺(tái)海水冷卻器（19 t）吊裝到東方1－1氣田CEP平臺(tái)上。海上施工船舶資源緊張，氣田附近無(wú)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(huì)特別大。經(jīng)研究，采用組裝式吊機(jī)來(lái)進(jìn)行設(shè)備吊裝，可滿(mǎn)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(tái)需要平臺(tái)南側(cè)吊機(jī)（15 t）來(lái)進(jìn)行。

3.2.2 平臺(tái)加固

通過(guò)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(tái)的局部割除

平臺(tái)南側(cè)中層甲板相對(duì)頂層甲板沒(méi)有外飄，頂層甲板邊緣粱距離主承重粱7 m，另外在A0粱外側(cè)后增加一個(gè)3 m寬10 m長(zhǎng)的吊貨甲板，組裝式吊車(chē)安裝在A0軸北3 m的位置上（即A和A0軸之間），吊裝時(shí)需要割下1 m2的一塊甲板，吊車(chē)才能進(jìn)行吊裝作業(yè)。割除甲板斷面需用鋼板焊接進(jìn)行防護(hù)措施，以便吊裝作業(yè)時(shí)對(duì)吊機(jī)鋼絲繩進(jìn)行保護(hù)。

3.2.4 吊索具的選擇

1）旋流分離器［4］：?jiǎn)渭蛛x器重量為30.148 t，考慮掛繩、吊高、平臺(tái)設(shè)施等，選擇6 m長(zhǎng)鋼絲繩，每個(gè)分離器配2條繩，仰角為81.9°，每條鋼絲繩受力為15.2 t，選擇 42 mm×6 m鋼絲繩，破斷力為183 t，此時(shí)安全系數(shù)n＞6（183÷15.2＝12.0）。

2）海水冷卻器：?jiǎn)渭亓繛?9 t，選擇15 t×10 m的吊帶，中間用5 t倒鏈調(diào)平，穿繩后繩長(zhǎng)及仰角為70°和78.5°，吊帶受力為12.4 t。選擇15 t×10 m的吊帶，破斷力為90 t，此時(shí)安全系數(shù)n＞6（90÷12.4＝7.2）。

3.2.5 吊機(jī)和設(shè)備的裝船

海上吊裝時(shí)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(shí)應(yīng)充分考慮先吊裝的設(shè)備離船后，剩下設(shè)備對(duì)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(shí)，由于旋流分離器設(shè)備高近10 m，以往的海上吊裝都采用駁船進(jìn)行運(yùn)輸，而本次吊裝沒(méi)有駁船資源，采用了拖輪進(jìn)行運(yùn)輸，因此，做了大量細(xì)致的設(shè)計(jì)和安裝固定工作。設(shè)備采用硬連接方式固定，固定支架與拖輪甲板焊接固定。

3.2.6 吊機(jī)的組裝

吊機(jī)部件由平臺(tái)南側(cè)吊機(jī)吊上平臺(tái)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(tái)固定及吊重測(cè)試

吊機(jī)軌道與平臺(tái)固定之前需要進(jìn)行計(jì)算確定設(shè)備吊裝過(guò)程是否滿(mǎn)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(cè)試，試驗(yàn)方法如下：在吊機(jī)導(dǎo)軌長(zhǎng)度方向內(nèi)，選擇一個(gè)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(xiàn)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(cè)試值，只要在此吊裝半徑內(nèi)，起吊時(shí)，吊機(jī)計(jì)力器顯示出該數(shù)值而吊機(jī)無(wú)異常即為測(cè)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(tái)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(tái)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1－1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(guò)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(gè)饋電柜，與低壓柜LB母線(xiàn)連接；舊開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行22個(gè)抽屜回路的改造。通過(guò)實(shí)施可拆卸式組裝的安裝方式，2個(gè)8E抽屜合并為16E抽屜工作直接可以通過(guò)不停電進(jìn)行改造。新增開(kāi)關(guān)柜和21個(gè)開(kāi)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(xiàn)模型。東方1－1氣田二期開(kāi)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(xiàn)、設(shè)備、支架的碰撞問(wèn)題，方便指導(dǎo)項(xiàng)目施工作業(yè)。三維模型和現(xiàn)場(chǎng)照片對(duì)照情況見(jiàn)圖3。

圖3 三維模型和現(xiàn)場(chǎng)照片對(duì)照情況圖

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1－1氣田二期開(kāi)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(shì)，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(tái)，布置管線(xiàn)、閥門(mén)、設(shè)備，同時(shí)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(mǎn)解決應(yīng)力問(wèn)題。濕氣壓縮機(jī)為大型動(dòng)設(shè)備，且管線(xiàn)尺寸很大（管徑為406.4～609.6 mm），而濕氣壓縮機(jī)對(duì)應(yīng)力要求非常苛刻，東方1－1氣田二期開(kāi)發(fā)工程項(xiàng)目濕氣壓縮機(jī)工程引進(jìn)CAESARII應(yīng)力分析軟件，并結(jié)合PDMS三維軟件調(diào)整管線(xiàn)走向，減少設(shè)備管嘴的應(yīng)力集中，為設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供了有力的保障。管線(xiàn)應(yīng)力分析三維效果及現(xiàn)場(chǎng)WGC進(jìn)出口連接情況見(jiàn)圖4。

圖4 管線(xiàn)應(yīng)力分析三維效果及現(xiàn)場(chǎng)WGC進(jìn)出口連接情況圖

4）通過(guò)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(gè)濕氣壓縮機(jī)工程施工無(wú)停產(chǎn)。整個(gè)改造設(shè)計(jì)由于利用了PDMS三維軟件，管線(xiàn)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(wèn)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(duì)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(xiàn)路徑，避免碰撞。由于透平驅(qū)動(dòng)高壓大容量濕氣壓縮機(jī)三級(jí)串聯(lián)管線(xiàn)異常復(fù)雜，而機(jī)組本身底部也是管線(xiàn)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(xiàn)路徑，避免碰撞，有效利用高度空間，下方鋪設(shè)管線(xiàn)電纜，上方鋪設(shè)格柵板形成操作平臺(tái)，對(duì)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(kāi)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）×104m3。該工程為海上第二個(gè)濕氣壓縮機(jī)工程項(xiàng)目，亞洲第一個(gè)透平驅(qū)動(dòng)大功率高壓濕氣壓縮機(jī)三級(jí)串聯(lián)工藝項(xiàng)目，滿(mǎn)足了項(xiàng)目復(fù)雜工藝工況的要求，推進(jìn)了設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，通過(guò)自主設(shè)計(jì)、施工優(yōu)化創(chuàng)新，使整體費(fèi)用為同類(lèi)合作項(xiàng)目的1／3，效益顯著。

［1］中海石油研究中心.東方1－1氣田開(kāi)發(fā)工程項(xiàng)目總體開(kāi)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(huì)優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文集.廣州：廣東省石油學(xué)會(huì)，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(huì)優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文集.廣州：廣東省石油學(xué)會(huì)，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(guó)）有限公司湛江分公司，2009.

Three－step series technique of turbine－driven wet compressors

Hu Hui，Li Daquan，Zhou Shengjie
（CNOOC Zhanjiang Branch Company，Zhanjiang，Guangdong 524057，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 8，pp.39－43，8／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

To meet the strong demand for natural gas of downstream users，the project of wet compressors of central platform at the Dongfang 1－1 Gas Field was implemented 4 years ahead of schedule.The complicated working condition of this gas field requires a wide working range and a high stand－by factor.Besides，due to the offshore condition，the entirely prefabricated hoisting is inaccessible and the construction time is limited.The most important of all，this project budget is only one third of the similar projects in the field.In view of this，the three－step series process of wet compressors driven by turbine is thus developed.The wet compressor software is first modified by use of the surge process of the unit，which runs through a small cycle formed by the surge valve through the inlet cyclone separator and the outlet sea water cooler.Then，the switch and series operation of multiple units are realized via precision control.Furthermore，studies on localized production are performed.The single machine debugging technique is completed through the implementation of internal circulation.The offshore hoisting technique，technical renovation on electrical system without disruption of production and overall piping optimization technology are all performed.The expertise on design，construction and debugging is innovated，which helps achieve the fast and effective commissioning of the project.The gas output increases 400－1200 thousand m3per day after the project comes on stream，which can meet the requirement of both complicated working conditions and downstream natural gas users.

Dongfang 1－1 Gas Field，wet compressor，three－step series，localized production，non－stop production，debugging technology，hoisting technology，independent design

胡輝等.透平驅(qū)動(dòng)濕氣壓縮機(jī)三級(jí)串聯(lián)技術(shù).天然氣工業(yè)，2012，32（8）：39－43.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.08.009

胡輝，1977年生，工程師，碩士；獲中海石油總公司科技獎(jiǎng)2項(xiàng)、管理創(chuàng)新獎(jiǎng)1項(xiàng)，獲廣東省總工會(huì)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)1項(xiàng)，獲專(zhuān)利5項(xiàng)。地址：（524057）廣東省湛江市坡頭區(qū)22號(hào)信箱合作樓4樓。電話(huà)：（0759）3911030，13531072007。E－mail：huhui＠cnooc.com.cn

2012－06－01 編輯 何 明）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2012.08.009

Hu Hui，engineer，born in 1977，holds an M.Sc degree，won two technology awards and one management innovation award by CNOOC，one technological invention award by Guangdong General Labor Union and holds 5 patents.

Add：4thFloor，Hezuo Building，Mail Box 22，Potou District，Zhanjiang，Guangdong 524057，P.R.China

E－mail：huhui＠cnooc.com.cn