锦州25—1南平台中压压缩机原动机改造项目设计方案分析

【摘 要】 锦州25-1南CEP平台设计有3台中压压缩机，其驱动装置为燃气驱发动机，负责油田群天然气外输。油田群实际日产伴生气近119万方，比设计预估超出近30万方/天，三台压缩机必须同时运转才能达到外输需求。任意一台压缩机在维护或故障时，部分天然气只能火炬放空处理，造成环境污染和资源浪费。在目前电力组网的大环境下具备富裕电量，若将燃气驱发动机改为电驱发动机，单台压缩机外输能力可以提高到60万方/天。两台压缩机就可以完成油田群伴生气的外输工作，实现压缩机的两用一备，达到节能减排的目的。

【关键词】 压缩机 电驱 天然气 节能减排

【Abstract】 Jinzhou 25-1 South CEP platform is designed with three Medium pressure compressor.Its drive unit is the gas engine. The compressors are responsible for the natural gas transportation of oilfields.The actual associated gas production of oilfields is nearly 119 cubic meters every day，exceeded estimated nearly 30 cubic / day.Three compressors must operate simultaneously in order to achieve transportation requirements. When one compressor is under maintenance or break down， part of natural gas can only be treated with flame，which causes environmental pollution and waste of resources.In the current environment of the power grid interlink，the electric power is surplus.If the gas engine is replaced by electric engine，the transmission capacity of single compressor can be increased to about 60 Articles / day.Then two compressors can complete the work of associated gas transportation.The greatest energy saving and emission reduction can be achieved by the the Compressor"s two-using and one-alternate.

【Key words】 Compressor Electric drive Natural gas Energy conservation

1 项目概况

由于区域开发需求，锦州25-1南CEP平台的电站是按四台大力神透平配置，且与锦州25-1CEP两台大力神透平进行了电力组网，目前为三用三备的状态，电力满足改电驱要求。改为电驱后，单台压缩机外输能力可以提高到60万方/天，两台就可以完成油田群伴生气的外输工作，实现压缩机的两用一备。避免压缩机在维护或故障时部分天然气的放空，造成环境污染和资源浪费。

锦州25-1南平台中压压缩机原燃气发动机单台日耗气量为7000方/天，由燃气驱改为电驱后，透平给单台压缩机供电耗气量为5000方/天，三台每年减少天然气耗气量约为219万方。三台压缩机可增加外输天然气15万/天，平均每年可增加外输天然气近1.1亿方。

本项目包括锦州25-1南CEP平台的三台中压压缩机的燃气驱原动机改为电动机驱动（拆除原中压机燃气轮机，安装新增电机），同时增加电机的配套设施（四面开关柜、一面限流柜、3台变频启动柜），以及相应的工艺、机械、电气、仪表配套设备、设施的改造。主要工作内容包括详细及加工设计校核、主要设备采办以及甲板外扩（36000mm×4800mm）、新增电气开关间、设备海上安装和调试投用等。

2 设计基础

环境条件

最高气温34℃

最低气温-21.9℃

风速42.5m/s

大气环境海上平台，潮湿含盐

电源

6.3KV，3ph，50Hz，

380v，3ph，50Hz，

220v，2ph，50Hz，

所在危险区域

CLASSⅠ，DIVISION2，GROUPD

规范和标准

锦州25-1南油田开发项目所遵循的标准规范及完工文件

3 改造设计方案

3.1 机械方案

改造前，锦州25-1南CEP平台三台中压压缩机为美国COOPER公司的WG62（一级缸13”，二级缸9”），其最高转速为1200RPM，驱动机为美国WAUKESHA公司的P9390GSI天然气发动机，最高转速为1200RPM，最大功率1470KW。改造后要求压缩机因能在指定的工况参数和环境条件下，长期连续安全可靠运行，并能充分发挥其全部功能。

中压压缩机在1200RPM运行时的最大功率为1433KW，为此我们选择高压电动机和变频器替换原燃气电动机，电动机额定转速1200RPM，额定功率功率1800KW，额定电压6300V。经变频后电机能在800～1200RPM范围内安全可靠的运行。采用变频器，不仅可以对压缩机排量进行相应调节，同时减小大功率电机启动时对电网的冲击。

压缩机的工艺气管路和润滑油管路是独立的管路系统因此不做改造，而压缩机的冷却系统中，冷却一级缸（13”）和润滑油的冷却液是与发动机的辅助水共用冷却液，因此该系统需要改造。改造时保留辅助水冷却器，去掉发动机部分的冷却液管线，增加循环水泵和温控阀。

3.2 电气方案

新增电动机应与原燃气发动机功率匹配，燃气发动机功率约为1400KW，新增三台电动机组运行总功率约为4200KW。根据逐年组网计算负荷与实际负荷对比，JZ25-1S油田群电网的实际功率仅为计算负荷的50%左右，2014年至2016年预测实际功率将逐步接近计算负荷（最大至82%），2017年整个电网负荷呈下降趋势，因此JZ25-1S油田群电网装机容量满足改造后的负荷需求。

经初步模拟，依据JZ25-1S与JZ25-1组网的模型，改为电驱后，原锦州25-1南油气田CEP平台6.3千伏母排短路电流由原来的49.61KA，增加到50.94KA左右（额定为50KA），无法满足保护要求。

在透平出口开关或母排联络开关处增加快速限流器，以满足当母排发生短路时及时动作以限制短路电流，维持的电网安全稳定。此次改造需要增加开关柜4面，变频器3台（变频器厂家出厂自带双滤波功能），快速限流器1台。

改造完毕后，对于新增加了三台1800KW电动机，原电网的EMS系统优先脱扣等功能需要重新优化调整。

3.3 结构方案

由于增加了变频器、开关柜、快速限流器等电气设备，现锦州25-1南平台MCC间无法放置所有设备，所以对平台中层东侧甲板进行外扩同时加装房间，外延的甲板长约36米，宽约4.8米。新增电气房间，长约36米，宽约4.8米，高约4米，新增房间按照主开关间规格要求进行建造。

本次改造部分增加设备较多，压缩机区域原燃气轮机总重13T，改为电机后，电机重量约10t，重量有所减少，只需将底座进行部分改造，以满足电机安装需求。

新增两个电气房间，放置三台变频器（重量约10t/台），四面中压配电盘（2t/面），一面限流柜（1t/面），4台空调（单台重量约1t）、风机等。

对结构整体进行校核后可知，外扩甲板及新增电气间结构校核满足要求。

3.4 仪表控制系统方案

根据工艺流程需要增加现场仪表设备、火气探测设备，并且将这些设备和仪表与原中控系统连接，实现中控系统对新增设备的监控。具体仪表包括：热探头，烟感探头，可燃气探头，室内CO2声光报警装置，室外CO2声光报警装置，CO2释放按钮盒，CO2抑制按钮盒，电磁阀，风闸显示盒等。

将新增现场仪表、火气探测设备等相关通讯，分别接入中控系统相应机柜的端子。然后根据改造内容，结合工艺安全分析表，完成系统程序逻辑的修改，实现控制系统对新增设备的监控。

中控完成整体组态后，结合安全系统进行火气系统的整体调试。

3.5 HVAC方案

根据业主要求，新增房间按照主开关间的要求来进行建造，经计算房间散热量后，需要对新增房间各安装以下设备：2台离心送风机、2台防火风闸、1台排风防火风闸及通风系统附件、2台止回风闸、1台重力风闸、送风和排风风道，4台分体空调及空调相关附件、6套防火风闸指示盒及手拉盒。

新增房间HVAC设备安装完成后，对整体HVAC系统调试。

3.6 安全方案

为严格执行平台安全制度，需在每个新增房间增加6套二氧化碳灭火器及支架，并放置防火毯；

经过对原二氧化碳系统的覆盖面积进行核算，能够满足本次新增房间的消防需求，需要在原二氧化碳系统增加电磁阀，对新增房间进行管网布置，增加管线及阀门。

二氧化碳系统改造完成后，进行系统整体调试。

4 项目进展

目前JZ25-1南CEP平台已完成外扩甲板和新增电气开关间的施工，并对A压缩机进行了原动机的改造。在由燃气驱原动机改为电动机后，A压缩机外输天然气系统运转良好，达到了设计需求。现计划对剩下的B、C压缩机进行相关改造，预计项目于三月底完工。

5 经济评价

随着调整井的不断增加，JZ25-1南CEP平台天然气外输的压力增大，原需要三台压缩机同时运行才能达到外输要求。如果任意一台压缩机需要维护或出现故障时，这部分天然气只能通过火炬放空。将压缩机的燃气驱动改为电动机驱动后，压缩机组每年减少天然气消耗量约219万方，并且减少火炬放空的天然气消耗约1.1亿方。压缩机原动机由燃气驱动时，三台燃气驱动发动机平均年维修费用约为463万元；而压缩机改为电驱后，电动机及相关设备平均年度维修费仅为6万元/年。

结合工程的投资预算以及未来石油的价格走向，JZ25-1南CEP中压压缩机原动机改造项目在经济年限内，收益完全满足基准收益率。中压压缩机原动机改造的成功实施，不仅体现了中海石油天津分公司坚持利用科技创新来提高企业生产力的理念，同时做到了坚持利用科技创新来保护环境和资源的目的。

6 结语

锦州25-1南CEP平台中压压缩机原动机由燃气驱动改电驱后，可以更好的进行资源的有效利用，减少资源浪费，降低环境污染，提高经济效益，切实地执行了中国海洋石油总公司关于节能减排的企业理念。

参考文献：

[1]周新刚，吕应刚.海上电力孤岛组网工程技术.清华大学出版社，2013.

[2]海洋石油工程设计指南编委会.海洋石油工程平台结构设计.石油工业出版社，2007.

[3]陈立香.变频调速.机械工业出版社，2009.

[4]黄春芳.天然气管道输送技术.中国石化出版社，2009.

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