目前海上平台的天然气增压多采用多级往复式活塞压缩机,多级往复式活塞压缩机有进气要求高,级间需要冷却、洗涤,振动大、基础要求高,占地广(将直接导致海上平台投资的增加)等不利因素,因此找到一种新型的克服上述不利因素的压缩机替代品对一些边际油田的开发十分重要。
螺杆压缩机的发展简况
20世纪30年代,瑞典SRM公司的工程师AlfLysholm对燃气轮机进行研究,希望找到一种能作回转运动的压缩机,其转速比活塞压缩机高得多(以便可作为燃气轮机的压气机供燃气轮机使用),并且不会发生喘振。之后他发明了螺杆压缩机,并对螺杆压缩机在其他领域的应用进行了深入的研究。
1937年,AlfLysholm研制成功了两类螺杆压缩机试验样机,取得了令人满意的测试结果。1946年,英国JamesHowden公司第一个从瑞典SRM公司获得了生产螺杆压缩机的许可证。随后,欧洲、美国和日本的多家公司也陆续从瑞典SRM公司获得了这种许可证,从事螺杆压缩机的生产和销售。最先发展起来的螺杆压缩机是无油螺杆压缩机。
1957年,喷油螺杆空气压缩机投入了应用。“喷油”,即在喷油螺杆空压机中,大量的润滑油被喷入所压缩的气体介质中,起着润滑、密封、冷却和降低噪声的作用。在喷油空气螺杆压缩机中,输出的压缩空气是含油的。
1961年又研制成功了喷油螺杆制冷压缩机和螺杆工艺压缩机。经过持续的基础理论研究和产品开发试验,通过对转子型线的不断改进以及专用转子加工设备的开发成功,螺杆压缩机的优越性能得到了不断的发挥。螺杆压缩机广泛应用于矿山、化工、冶金、机械、制冷等行业,并逐步替代了其他种类的压缩机。
海上平台多选螺杆压缩机
喷油螺杆压缩机工作时,润滑油和气体直接接触,更适合于压缩相对干燥、纯净的气体,因此在海上平台被广泛用做为空气压缩机使用或经过脱烃、脱水、净化之后的天然气增压。同时,由于主机结构简单、系统设备简化,喷油螺杆压缩机组从总体造价上比无油螺杆压缩机组便宜30%左右。最初海上平台使用的螺杆压缩机的型式为喷油螺杆压缩机。
喷油压缩机组计算选型时,要求提供准确的气体成分和进出口温度压力条件,以核算其露点温度。但机组实际工作的气体组分和进出口压力条件难免存在差异,这样,当喷油压缩机实际运行中出现润滑油稀释乳化等不适应状态时,业主很难追究到供应商的责任。同样,油田伴生湿气输送的工况下,因为伴生气不够纯净,造成冷冻机油在机组运行几小时后即被稀释乳化,无法运行,有较大项目风险。
无油螺杆压缩机海上作业的优势
考虑到排气压力、排气温度、汽缸材料强度等综合因素,海上平台的燃气轮机的燃料气供气压缩机多采用往复式压缩机,存在整橇占地大、运动部件多、后期维护保养费用和工作量大、有脉动等缺点。
另外,海上石油平台在原油开采过程中会产生大量的伴生气,海上油田伴生湿气一般含有较多的C3以上的重组分,受海上平台空间的限制,不宜进行湿气的脱水脱烃操作,无法满足往复压缩机或者喷油螺杆压缩机进行增压时必须对气体进行严格的分离、洗涤净化的要求。而且,若不进行有效的回收和利用,不仅污染环境而且造成巨大的浪费。
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,简化了流程、减少了平台空间占用,从而降低了工程整体造价。比如,在南海某油轮LPG项目,采用了美国生产的喷油螺杆压缩机作为伴生气增压压缩机,由于伴生气中有较多重烃成分,机组运行几个小时后润滑油即开始被气体稀释乳化,导致机组无法正常长期运行、大量伴生气白白放空。直到改用了我国七一一所生产的无油螺杆压缩机组后才解决了这一问题。
所谓“无油”,是指气体在压缩过程中完全不与油接触,即压缩机中的轴承、齿轮等零部件仍用普通润滑方式进行润滑,只是在这些润滑部位和压缩腔之间采取了有效的隔离轴封。这样,产出的气体中不含任何油分。
通过实验对比,发现无油螺杆压缩机由于具有混输能力、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,可以简化平台流程、减少平台空间占用,尤其适合用于海上油田伴生湿气的输送。
无油螺杆压缩机将在海上平台占一席之地
无油螺杆压缩机的压缩腔内不注入润滑油,而能提供纯净无油、无尘的压缩空气,因此,对于需要完全无油的压缩空气用户,则必须选择无油螺杆空气压缩机。比如用于纺织、食品、化工、医药、石油等各种需要纯无油压缩空气的场所。
由于无油螺杆压缩机在低顶部速度下操作,允许向压缩机空间直接注入大量液体而不会发生腐蚀。正位移设计容易提供在排出压力下所需工艺流量,不必考虑气体压力、温度和组成的变化。另外,也不存在离心压缩机典型的喘振极限。正是基于它的独特的性能和优点,无油螺杆压缩机在许多化工和石化工业的操作和过程中被优先选用,可用火炬气回收、伴生气回收、井口气回收、煤层气回收、苯乙烯装置中的尾气抽吸、负压闪蒸气回收、正压原稳气回收等。
近年来,随着全球压缩机制造产业的转移,中国逐步成为全球压缩机的生产制造基地,达到了较高的行业生产制造水准。与国外同类产品相比,国产无油螺杆压缩机可靠运行时间相当,部分性能优于国外产品,有很强的竞争力。因此,无油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,在海上作业中一展身手。(文/李强)