張建梁(海洋石油工程股份有限公司，天津 300457)

0 引言

往復(fù)式壓縮機(jī)是海上油氣田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中的設(shè)備之一，并被廣泛應(yīng)用在油氣領(lǐng)域，并且在該領(lǐng)域中占據(jù)著至關(guān)重要的地位。它的組成部分大致包括可燃?xì)怏w增壓機(jī)、氣體注入增壓機(jī)以及伴生氣體增壓機(jī)外輸。一般情況下，壓縮機(jī)是可以選擇并替換的。其可供選擇的傳動(dòng)方式主要有四種，即電機(jī)傳動(dòng)、燃?xì)怆姍C(jī)傳動(dòng)、燃?xì)廨啓C(jī)傳動(dòng)和汽輪機(jī)傳動(dòng)。對(duì)于復(fù)式壓縮機(jī)而言，它們?cè)诘退龠\(yùn)行的情況下，會(huì)產(chǎn)生交替負(fù)荷，并且無(wú)時(shí)無(wú)刻不在進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。相比較之下，燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速都比較高，幾乎可以達(dá)到每分鐘一萬(wàn)轉(zhuǎn)。如果使用燃?xì)廨啓C(jī)或者用板式或汽輪機(jī)作為往復(fù)式壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，則需要有變速機(jī)構(gòu)和阻尼裝置，傳動(dòng)系統(tǒng)由于笨重的設(shè)計(jì)，在現(xiàn)場(chǎng)使用極為不便；再加上設(shè)備偏重，尺寸較大。給海上平臺(tái)的使用增加了不小的難度。除此之外，燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)的功率偏大，而帶軸的往復(fù)式壓縮機(jī)的功率并不大，正是因?yàn)閮烧咧g存在功率大小的差異，造成了往往難以匹配的問(wèn)題。綜上所述，在一般情況下，海上油氣田用往復(fù)式空壓機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置不是發(fā)動(dòng)機(jī)，就是天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)。

文章將會(huì)結(jié)合兩種驅(qū)動(dòng)方式的應(yīng)用特點(diǎn)，對(duì)海上平臺(tái)的往復(fù)式活塞式壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)海上油氣田的影響、兩種驅(qū)動(dòng)裝置的比較等方面進(jìn)行闡述分析。

1 電驅(qū)式壓縮機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)

海上平臺(tái)電驅(qū)壓縮機(jī)的能量主要依靠于平臺(tái)的主動(dòng)力站，讓主動(dòng)力站為驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的電機(jī)提供動(dòng)力，使曲軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。下面將對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行陳述與分析。電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，在電機(jī)操作方面以及開(kāi)展維護(hù)工作的方面，也不會(huì)復(fù)雜，繁瑣。另外，機(jī)組幾乎不產(chǎn)生噪音，其機(jī)組振動(dòng)也小。當(dāng)然，電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)在具有優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也會(huì)存在有缺陷，其電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)應(yīng)用的主要缺點(diǎn)體現(xiàn)在電機(jī)的選擇受到了限制，其限制因素包括主平臺(tái)系統(tǒng)容量、壓縮機(jī)功率和啟動(dòng)特性等。當(dāng)在對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)操作時(shí)，其啟動(dòng)電流為額定電流的4～6倍，如果主平臺(tái)設(shè)備的容量為小，單單是壓縮機(jī)的功率增大，就會(huì)導(dǎo)致主電壓明顯降低，對(duì)其他的設(shè)備的順利運(yùn)作造成一定程度上的影響。

2 燃驅(qū)式壓縮機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)

平臺(tái)氣或燃料氣是海上平臺(tái)的燃驅(qū)式壓縮機(jī)的主要?jiǎng)恿?lái)源，就天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)而言，其動(dòng)力是由氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化而來(lái)。燃驅(qū)式壓縮機(jī)應(yīng)用的有點(diǎn)主要包括以下兩大方面：一方面是它適合于天然氣或可燃?xì)怏w含量較高的平臺(tái)，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率高。正常情況下，也可以達(dá)到40%的數(shù)值。加大了對(duì)燃料的使用率。另一方面，有利于降低平臺(tái)的電耗，對(duì)于平臺(tái)的主動(dòng)力裝置的選擇也起到了促進(jìn)作用，尤其是平臺(tái)的動(dòng)力裝置數(shù)量多、裝置數(shù)量少的情況下，可以有效地控制平臺(tái)的電耗。再加上平臺(tái)的重量限制比較嚴(yán)格，可以減少平臺(tái)的電廠數(shù)量，有利于平臺(tái)的改向。

燃油空壓機(jī)應(yīng)用的缺點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

第一、天然氣機(jī)的供氣和維護(hù)不僅需要高成本的支撐，其維護(hù)工作量大也大大加大了工作的難度。

第二、機(jī)組產(chǎn)生了巨大的噪聲和振動(dòng)；

第三、天然氣機(jī)對(duì)燃油氣部件有一定的限制，在外部環(huán)境條件下要考慮到燃油氣部件的適用能力。

第四、天然氣機(jī)不宜在低負(fù)荷的情況下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的低負(fù)荷運(yùn)行。

3 往復(fù)式壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)對(duì)平臺(tái)的影響

往復(fù)式壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)對(duì)海上平臺(tái)會(huì)有著許許多多的影響，其影響主要包括以下七個(gè)方面：(1)對(duì)主電源的影響；(2)對(duì)平臺(tái)電站的影響；(3)對(duì)平臺(tái)設(shè)備布局的影響；(4)對(duì)公用事業(yè)系統(tǒng)的影響；(5)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的排放物的影響；(6)對(duì)周圍設(shè)施、人、環(huán)境的影響；(7)對(duì)電氣室的影響；設(shè)備噪聲和振動(dòng)的影響。下面將就這些方面展開(kāi)闡述。

3.1 主變電站選擇方面

如果往復(fù)式空壓機(jī)的功率偏大，數(shù)量偏多，那么使用驅(qū)動(dòng)電機(jī)將會(huì)會(huì)增加平臺(tái)的電氣負(fù)荷?？赡軙?huì)導(dǎo)致主動(dòng)力裝置的生產(chǎn)機(jī)組數(shù)量增加，從而造成成本的增加。

3.2 平臺(tái)設(shè)備布局方面

可燃?xì)庀到y(tǒng)的正常運(yùn)行是驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的前提，如果平臺(tái)采用燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)，可燃?xì)怏w系統(tǒng)壓縮機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)共用燃油氣系統(tǒng)的采用或許是一個(gè)不錯(cuò)的辦法。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)本身就需要一個(gè)具有冷卻系統(tǒng)功能的潤(rùn)滑系統(tǒng)，一般情況下，內(nèi)燃式空壓機(jī)的滑閥尺寸要比同功率等級(jí)的電動(dòng)空壓機(jī)大。在對(duì)燃?xì)鈮嚎s機(jī)進(jìn)行布置時(shí)，應(yīng)當(dāng)將日常維修以及檢修等問(wèn)題考慮在內(nèi)。

3.3 公共系統(tǒng)方面

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)作需要燃料氣和油的供應(yīng)；相比于同功率等級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)而言。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)需要更多的冷卻介質(zhì)。

3.4 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)排放方面

往復(fù)式壓縮機(jī)的位置一般處于平臺(tái)的中層或下層，此外，布置在平臺(tái)的中層或下層還有天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管布置和排放方向必須考慮到主風(fēng)向、對(duì)人和周圍設(shè)施的影響等。

3.5 電氣房間方面

如果往復(fù)式壓縮機(jī)有高功率或流量控制的要求，并且是需要采用壓變頻器等諸多電氣設(shè)備，則會(huì)占用大量的房間空間，造成擁擠。

3.6 噪音方面

燃驅(qū)壓縮機(jī)產(chǎn)生的高分貝噪音，會(huì)對(duì)平臺(tái)產(chǎn)生一些不可忽略的影響，為了降低影響度，則可以從噪音的隔絕或者如何進(jìn)行結(jié)果減震方面進(jìn)行思考并采取相應(yīng)的措施。

4 海上油氣田往復(fù)式壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)方式具體選擇建議

4.1 結(jié)合實(shí)際油氣田開(kāi)采實(shí)際狀況合理選擇

基于上述往復(fù)式壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的分析下，發(fā)現(xiàn)電力驅(qū)動(dòng)和燃?xì)馐津?qū)動(dòng)兩種方式各有千秋，而實(shí)際兩者不同的驅(qū)動(dòng)方式對(duì)開(kāi)采管理造成的影響也是不同的。再如，上述所言，燃?xì)馐綁嚎s機(jī)驅(qū)動(dòng)方式適合應(yīng)用于海上天然氣的開(kāi)采中；而電力驅(qū)動(dòng)應(yīng)用適合海上油田的開(kāi)采，設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，投入成本較低。因此，通過(guò)以上比較，兩者無(wú)論是在前期投入成本還是在后期管理所投入資源上都存在較大的差異。而海上油氣田的開(kāi)采對(duì)資源投入力度較大，為了實(shí)現(xiàn)投入產(chǎn)出效益的最大化實(shí)現(xiàn)，實(shí)際選擇何種往復(fù)式壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)方式需要根據(jù)實(shí)際具體狀況，綜合分析、合理選擇。在實(shí)際選擇中，一方面，保證選擇具有高效實(shí)用性；另一方面，所選擇的方式能夠切實(shí)尊重客觀規(guī)律，不會(huì)對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不良損害影響。

4.2 實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保管理，提升應(yīng)用管理水平

無(wú)海上油氣往復(fù)式驅(qū)動(dòng)方式應(yīng)用中，無(wú)論選擇電力驅(qū)動(dòng)還是燃?xì)怛?qū)動(dòng)方式，需要明確往復(fù)式壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)中，容易產(chǎn)生一定的污染物、且噪聲也是較大的，如果未能加強(qiáng)管控，將會(huì)給周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響。而面對(duì)當(dāng)前海上油氣綠色開(kāi)發(fā)現(xiàn)實(shí)而言，切實(shí)加強(qiáng)實(shí)際往復(fù)式驅(qū)動(dòng)方式的研究分析，提出相應(yīng)的針對(duì)性強(qiáng)的管理措施，實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的管控，從而能夠提升整個(gè)油氣往復(fù)式驅(qū)動(dòng)運(yùn)行水平。

4.3 規(guī)模開(kāi)采較大，優(yōu)先選擇電力驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)

通過(guò)以上分析，如果海上油氣開(kāi)采規(guī)模大，為了保證整個(gè)開(kāi)采過(guò)程的穩(wěn)定性和安全性，避免出現(xiàn)不良事故，在針對(duì)電力驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)和燃?xì)怛?qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)之后，筆者認(rèn)為應(yīng)該優(yōu)先選擇電力驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)。這是因?yàn)樵诤Ｑ笥蜌忾_(kāi)采環(huán)境下，電力驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)處理能力大，而且故障出現(xiàn)幾率小。一旦出現(xiàn)故障，后期也便于維護(hù)處理。此外，實(shí)踐應(yīng)用證明，電力驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)實(shí)際組建比較簡(jiǎn)單，機(jī)組規(guī)模較小，能夠保證尤其開(kāi)采的連續(xù)性。但是，如果選擇此種驅(qū)動(dòng)方式，就必須要求海上油氣田開(kāi)采有著強(qiáng)有力的電力系統(tǒng)支持，而以往的平臺(tái)電力系統(tǒng)是未能提供有效支持的。

4.4 選擇燃?xì)怛?qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)，加強(qiáng)安全管理

海上油氣驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)功率比較大，因此選擇何種壓縮機(jī)直接給平臺(tái)動(dòng)力支持系統(tǒng)形成了較強(qiáng)的負(fù)擔(dān)。如果優(yōu)先選擇電力驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)，那么則要求海上油氣田有著強(qiáng)有力的電力系統(tǒng)支持。否則，還是優(yōu)先選擇使用燃?xì)馔鶑?fù)式驅(qū)動(dòng)及。但是，應(yīng)該注重一旦選擇燃?xì)怛?qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)，必須加強(qiáng)安全管理，避免產(chǎn)生大量的二氧化碳和硫化氫。而且燃?xì)怛?qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)需要充分考慮開(kāi)采尤其的組成成分，避免出現(xiàn)相互碰撞現(xiàn)象，產(chǎn)生不良化學(xué)反應(yīng)。

5 結(jié)語(yǔ)

在對(duì)于海上平臺(tái)往復(fù)式的驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行選擇的時(shí)候，要充分考慮到各大因素的影響，并結(jié)合這些考慮因素來(lái)進(jìn)行綜合的分析。為了使選擇的驅(qū)動(dòng)方式能夠切實(shí)滿足工程的需要，則需要注意以下三大原則：一、往復(fù)使壓縮機(jī)組的驅(qū)動(dòng)設(shè)備主要有發(fā)動(dòng)機(jī)和天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)兩大類。但對(duì)于它們二者的選擇，影響因素眾多，應(yīng)當(dāng)切實(shí)結(jié)合對(duì)于主電廠布局、平臺(tái)規(guī)模以及發(fā)動(dòng)機(jī)理論的考察來(lái)進(jìn)行判斷。此外，設(shè)備的開(kāi)機(jī)特性以及整體投資成本也是不可忽略的方面。二、在進(jìn)行電負(fù)荷較低的氣田開(kāi)發(fā)時(shí)，只有在壓縮機(jī)增壓氣量于壓力都適宜的條件下，采用往復(fù)式壓縮機(jī)才是第一選擇。此外，如果單機(jī)功率在3000KWd的范圍內(nèi)，則可以將天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)作為首要選擇三、如若油田中平臺(tái)的主電站的數(shù)量多，容量大，那么此時(shí)無(wú)論選擇何種壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)形式，對(duì)于主電站的影響都不會(huì)有很大的影響，甚至可以忽略。因此，在這種情況下，為了平臺(tái)日常維護(hù)以及操作的便利，將電動(dòng)機(jī)作為壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)無(wú)疑不是一個(gè)極好的選擇。

在油氣田應(yīng)用領(lǐng)域，往復(fù)活塞式占80%以上，并且效果顯著，由此可見(jiàn)往復(fù)式壓縮機(jī)在該領(lǐng)域的重要性。我國(guó)在高速天然氣壓縮機(jī)開(kāi)發(fā)方面起步較晚，一是小型低速機(jī)用于天然氣生產(chǎn)，二是空氣壓縮機(jī)改型、變形產(chǎn)品，近年來(lái)，隨著石油天然氣工業(yè)的不斷發(fā)展，國(guó)產(chǎn)高速天然氣壓縮機(jī)也開(kāi)始慢慢地隨之得到了發(fā)展。目前，以及基本地滿足了油氣田應(yīng)用的需要。但與國(guó)外往復(fù)式壓縮機(jī)的發(fā)展相比較，就會(huì)發(fā)現(xiàn)之間有著一段不可忽略的距離。目前，國(guó)外油氣田用天然氣壓縮機(jī)發(fā)展比較完善，并且好形成了各具風(fēng)格與特色的系列，完全滿足了油氣田各種工藝的條件要求。為了促進(jìn)我國(guó)在該領(lǐng)域的不斷發(fā)展，對(duì)相關(guān)問(wèn)題的研究以及采取相關(guān)措施是極為有必要的。