海洋石油平台辅助气系统设计新思路

武明(海洋石油工程股份有限公司，山东 青岛 266520)

海洋石油平台辅助气系统设计新思路

武明(海洋石油工程股份有限公司，山东 青岛 266520)

在海洋平台设计中，根据传统理念设计出的空压机排量非常大，造成高成本、高占用空间、高功耗等不利结果。本文以南海某油田辅助气系统设计为实例，提出了新的设计理念，成功解决了这一问题，新理念为：单台空压机应能满足公用气、仪表气和氮气系统各连续用户消耗量总和；对于最大间歇公用气用户，其消耗量可通过开启副空压机得到满足；而最大间歇氮气用户，则由氮气储罐为其提供短时间的氮气缓冲供给，供给时间应与设备被控参数调整时间一致。

空压机排量，公用气，氮气，覆盖气消耗

在海洋平台传统设计中，单台空压机排量应满足下游连续用户与最大间歇用户耗量之和[1]。若最大间歇耗量来源于氮气用户，由于膜制氮效率相对较低，通常在27%左右[2]，会造成很大的制氮用公用气消耗，最终导致空压机的排量非常大，造成高成本、高占地面积、高功耗等不利结果。

因此，为解决以上问题，需要改变设计理念。本文在南海某油田的辅助气系统设计中提出了新的理念，并已成功应用，有效降低了投资和运行成本。

新的设计理念是：单台空压机排量满足仪表气、公用气和氮气系统各连续用户消耗之和；对于最大间歇公用气用户，可以通过启动副空压机来满足其气量需求；对于最大间歇氮气用户，则通过氮气储罐内提供短时间的氮气缓冲供给，供给时间应与设备被控参数的调整时间保持一致。

1 系统流程简介

该油田平台仪表气、公用气和氮气系统共用1套空压机组，机组由2台空压机组成，以1主1副的LEAD/LAG热备用控制形式运行[3]。压缩空气经冷却、过滤后进入公用气罐。经过公用气罐后，一部分公用气进入仪表气处理橇进行处理，后进入仪表气罐储存，减压后进入各仪表气用户；另一部分公用气经减压后直接进入公用气用户；还有一部分公用气，进入膜制氮橇，经过处理后，进入氮气罐储存，减压后进入各氮气用户。

2 用户消耗

2.1 仪表气和公用气用户消耗

该油田平台仪表气系统各用户为连续消耗用户，所有用户的总耗量在考虑1.1倍设计余量和干燥过程中的部分公用气损失后，便得到仪表气系统入口公用气气量[4]，其值为350Sm3/h。平台上最大间歇公用气用户为钻井模块，其耗量为120Sm3/h。

2.2 氮气用户消耗

平台氮气连续用户总耗量为110Sm3/h，最大间歇用户则是生产分离器。氮气作为覆盖气，其消耗量与分离器进出口净流量有关。当分离器出口流量大于进口流量时，液位下降，压力降低，需要吸入氮气维持压力稳定，待液位经调整后重新恢复到设定值后，吸气停止，氮气供给时间和容器液位调整时间要保持一致。结合平台实际情况，氮气最大间歇消耗发生在最大产液单井关闭后，生产分离器发生液位波动的时间段内。平台最大单井产液量为2400m3/d，液位从波动到重新调节稳定的最长时间为12分钟(0.2h)，所以氮气需供给时间为12分钟。由此得到液量缺失为：2400m3/d÷24h/d×0.2h=20m3

再考虑1.1倍系数，便得22m3，需要补充操作条件下等体积氮气量，才能稳定分离器压力。根据理想气体状态方程可得标态下所需氮气体积，计算如下：(P1V1)/T1=(P0V0)/T0

式中：P1为分离器操作压力，600kPaA；V1为分离器操作条件

下氮气供应体积，22m3；T1为分离器操作温度，343.15K；P0为标准状态下大气压，101.325kPaA；V0为标准状态下氮气供应体积，Sm3；T0为标准状态下温度，288.75K。计算得到标态下氮气体积V0为110Sm3，以小时流量的形式表示12分钟的氮气耗量，数值为550Sm3/h。

3 系统处理量的确定

氮气连续消耗为110Sm3/h，若考虑1.1的设计余量，则所需公用气量为450Sm3/h。最大间歇氮气用户，其耗量为550Sm3/h，折算成所需公用气量为2050Sm3/h。汇总各系统气体消耗量，结果如表1所示：

表1 各系统气体消耗量

若按照传统设计，单台空压机的排量为连续用户与最大间歇用户耗量之和，排量为2850Sm3/h，数值非常大。将会占用很大的空间，同时功耗和成本也很高。本项目考虑由单台空压机来满足所有连续用户消耗，即排量为800Sm3/h。对于最大间歇公用气用户，通过开启副空压机来满足其需求。由于主副2台空压机是同一型号，排量同为800Sm3/h，这样完全可以满足了最大间歇公用气用户120Sm3/h的需求。对于最大间歇氮气用户，由于小时耗量巨大，通过空压机连续供给不太现实，但可以通过氮气罐提供短时间的缓冲供给(12分钟供给110Sm3的氮气)，完全可以满足分离器液位调整时间段内氮气消耗，而无需长时间持续供气。

4 结语

本文从项目的实际情况出发，对传统辅助气系统设计理念进行了调整，即：根据最大间歇用户耗气的特点，在不影响用户正常工作的前提下，将其消耗由空压机负担转由氮气储罐短时间负担，成功降低了空压机排量，为平台节省了空间、降低了功耗和成本。

[1]罗彭，张振鹏，张晓敏，等.海洋石油平台公用/仪表气系统工艺设计研究[J].石油和化工设备，2013，16(8)：43-46.

[2]卢廷辉.膜制氮装置在石油开发中的应用[J].石油机械,2000，28(8)：37-39.

[3]李霄,周险锋，俞曼丽.空压机联控系统[J].中国海上油气(工程)，2001,13(3)：5-8.

[4] SH/T 3020-2013 石油化工仪表供气设计规范[S].北京：工业和信息化部，2013.