国产无油螺杆压缩机为海上油气回收添利器

张重德，李 强

（中海石油天津分公司，天津 300452）

一、概述

海上石油平台在原油开采过程中会产生大量的伴生气，采用燃烧排放处理方式，不仅污染环境，而且造成浪费。目前海上平台所生产的油、气、水三相混合物处理流程(图1)通常采用三级脱水、脱气稳定。在一级游离水分离器中分离出的大量天然气，多数能够直接供应用户或增压后供发动机等高压用户利用，多余部分回注地层或做为商品气通过海底管线进行外输；而二级热化学分离器中的低压闪蒸天然气则直接排放到火炬放空，如将这部分天然气回收利

用，可提高油田效益，并减少环境污染。

图1 海上平台伴生气分离流程

目前几乎所有海上平台的天然气增压均采用多级往复式活塞压缩机，但该压缩机存在着进气要求高、级间需要冷却和洗涤、振动大、基础要求高、占地大等问题，因此需要一种新型压缩机来满足一些边际油田的开发工作。

二、国内无油螺杆压缩机的设计制造能力

螺杆压缩机具有高效、节能、性能稳定等诸多优势，已逐步被消费者所认知，从而得到了较快的发展。中国船舶总公司七一一研究所螺杆工程部是专门从事节能环保型螺杆机械的研制机构，已成功地开发和应用了工艺气螺杆压缩机组，有效解决了资源浪费和环境污染两个重要问题。国产螺杆压缩机组安全可靠，部分性能甚至优于国外产品，而售价仅为进口产品的50%，具有很强的竞争力。

国产螺杆压缩机单机参数：排气量为2 000～500×104m3/d；转子直径为153～1 090mm；排气压力为4.0MPa；轴功率为37～9 000kW；驱动方式为电机、汽轮机、燃气发动机及燃气透平。

目前，中海油的海上平台动力电站主要为透平发电机和重油发电机驱动，其中80%为柴油及天然气的双燃料透平发电机，产地为美国索拉透平国际公司，表1所列为该公司燃气透平系列产品参数。

表1 索拉透平国际公司燃气透平参数

由表1可以看出，国产无油螺杆压缩机完全可以满足centaur40到Titan250对燃料气的需求。

三、螺杆压缩机的工作原理

螺杆压缩机是一种容积式气体压缩机械。其基本结构如图2所示。在压缩机的机体中，平行地配置着一对相互啮合的螺旋形转子。通常把节圆内具有凸齿的转子称为阳转子，具有凹齿的转子称为阴转子。阳转子为驱动轴。

该阴、阳转子相互啮合，按一定传动比旋转，在旋转中产生周期性的容积变化，完成气体的吸入、压缩和排出。

因螺杆压缩机工作原理和往复式压缩机相同，分吸入、压缩和排出三个过程，所以排气有

脉动性，但由于螺杆压缩机转速高，齿数又多，气流可视为平稳均匀的。因其漏气损失和机械损失都很低，可获得较高的容积效率。

图2 螺杆压缩机结构示意图

四、海上采油平台螺杆压缩机的应用

无油螺杆压缩机由于其具备混输能力、机组总体尺寸较小、对前置处理系统要求低、振动性能优良、维护性能优良等优势，尤其适用于海上油田伴生湿气的输送。可以简化平台流程、减少平台空间占用，总体性能价格比优势很大。

海上油田伴生湿气一般含有较多的C3以上的重组分，而且由于海上平台空间的限制，不具备在平台上对湿气进行脱水脱烃的操作，如采用往复压缩机或者喷油螺杆压缩机进行增压，必须对气体进行严格的分离，甚至洗涤净化。如采用无油螺杆压缩机，可以不对来气进行任何处理，直接进压缩机增压，不仅简化了流程、减少了平台空间占用，而且降低了工程整体造价。

以垦利项目为例，由于垦利3-2油田天然气做为燃料存在着一定的缺口，需要引入补充，出于节能环保的考虑，垦利项目采用1台无油螺杆压缩机组对二级热化学分离器低压闪蒸气进行增压后再利用。

该闪蒸汽是典型的含水含重烃的油田湿气，经工艺设计软件hysys模拟计算，将一部分水随燃料气引入压缩机中，可以直接起到降温及密封的作用，选用喷水螺杆压缩机用于补液调节系统补入少量的冷却水，可保证压缩机稳定高效运行。

垦利项目无油螺杆压缩机系统流程如图3所示。

图3 垦利项目无油螺杆压缩机系统流程图

燃料气来气温度为94.8℃，为提升压缩经济性，先经前置海水冷却器冷却，再进入压缩机增压至0.55MPa。压缩后的气体经过后置海水冷却器降温，再进入分离器进行油气水的分离，然后进入工艺气管网。分离出的水可以重新回到压缩机入口循环利用。

油箱内的润滑油通过油泵经润滑油分配器分配给压缩机内的同步齿轮、轴承及机械密封，对这些机械部件进行润滑。升温之后的润滑油重新回到油箱，经油泵进入润滑油空冷器降温，再循环喷入压缩机。

该流程最有价值的部分是充分利用了无油螺杆压缩机的混输能力，气体经冷却后直接气液混输进入压缩机，省却了前置分离器，同时也省却了分离器的液位控制系统和排液泵，让压缩流程变得更短，操作更方便。

垦利3-2中心平台低压闪蒸天然气排量约631.8m3/h，每天约1.5×104m3，按单价2元/m3计算，每年可节约燃料费用约1 095万元，初期购买低压螺杆压缩机的费用为300万元，经济效益可观。

五、结语

螺杆压缩机由于同时具备旋转式压缩机优良的维护性能和容积式压缩机的强制输气能力，尤其是无油螺杆压缩机还具备混输能力，在其适用的范围内性能优势巨大。因此，螺杆压缩机将可能在更多的工况下替代往复压缩机和离心压缩机，成为海上油气田的主力机型。

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