海洋平台天然气压缩机原动机由燃气驱改电驱技术研究

毛丽娟，刘力炜，辛青青，张月玲

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

本项目主要涉及结构专业、机械专业、配管专业、电气专业及仪表专业的工作，具体包括管线防护，中压盘、限流器、变频器、辅助水循环泵橇的安装，燃气机拆除，底座改造，控制盘改造，电机及辅助水循环泵安装，管道安装，电缆桥架安装，电缆铺设，电缆耐压测试，设备调试等。

1 机械专业

压缩机组工作参数[1]：进气压力1.6～1.8MPaG；进气温度40～45℃；排气压力6.0～6.5MPaG；机组转速800～1200rPm。

压缩机技术要求[2,3]：要求对中压压缩机由天然气发动机驱动改为高压电机驱动； 压缩机及工艺气管路不做改动。 改造后机组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， 能充分发挥压缩机的全部功能。

机械改造方案研究： 中压压缩机为美国COOPER 公司的WG62 一级缸13”,二级缸9”,最高转速为1200rPm。

我们选择高压电动机和变频器(集成整流变频器)，电机转速1200rPm 时，功率1500kW，电压6300V/3PH/50HZ。 经变频后电机能在800～1200 rpm 范围内安全可靠的运行。压缩机改电机驱动后需增加飞轮、重选联轴器、轴系进行扭振分析；控制系统改造和PLC 重新编程；冷却系统改造；现场发动机及相关管线拆除， 拆除后安装电机的空间足够；现场进行飞轮安装，联轴器安装找正，电机底座焊接、电机地脚螺钉处环氧树脂灌浆和电机安装。

通过与变频器和电机厂家进行了沟通，给电机增加变频器的方案及电机与压缩机之间增加变速箱的方案基本可行，但考虑到压缩机橇内空间有限，增加变速箱相应会增加占用空间；若采用变频器， 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，推荐采用增加变频器改变压缩机转速的方案。

设备拆除及调试：1）燃气机的拆除——燃气机组长约4.3m，中部宽度约1.6m，经拆解后的吊装高度约2m，燃气轮机整机重13040kg。 在燃气机顶部合适位置焊接临时吊点。 拆除燃气机的附属设备，包括燃料气进气管线、滑油系统、辅助水系统、缸套水系统、海水冷却系统等，将内燃气同平台工艺管线进行隔离， 此部分工作可使用压缩机顶部检修的滑道梁。 拆除燃气机同压缩机的联轴器。 拆除地脚螺栓，通过悬挂在临时吊点的倒链，将燃气机主机从橇体拆除。 燃气机烟管的拆除。 在烟管和消音器上侧合适位置焊接临时吊点并加挂倒链。 使用倒链将烟管固定后进行分解拆除。 拆除烟管支架及烟管。

2）电动机的安装调试——在原燃气机二级底座的基础上，根据电动机的尺寸，以及电动机厂家的安装要求，对原底座进行结构改造。 使用倒链将电机就位到改造完成的底座上并临时固定。 连接电机同压缩机的联轴器，对联轴器进行找平对中。 对电动机进行固定。

3）安装辅助水循环泵——因压缩机循环水使用的是内燃机的机载泵，在内燃机拆除后，需要在合适位置重新加一套辅助水循环泵， 并对管线进行适当的改造， 原内燃机机载泵为36.6Psi，可作为参考选型，电机电缆可使用原机载泵电缆。

4）对压缩机底座进行设计包括静态分析。

2 电气方案

2.1 供电部分

将目前的三台中压压缩机燃气发动机改为电机驱动， 新增三台电动机组运行总功率约为4200kW， 目前油田群电网能够满足新增4200kW功率需要。

经过初步模拟， 油田组网的模型改为电驱后， 原平台6.3kV 母排短路电流由原来的49.61kA，增加到50.93kA 左右（额定为50kA），无法满足要求，需要进行改造，以满足其短路电流要求。 改造方案为：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限制短路电流；此方案可以满足电网的安全稳定需求，根据原母排短路电流的具体核算情况，并增加快速限流器。 改造后单线图见图1。

图1

2.2 电气设备

由图1 可以看出：此次改造需要增加变频器3台（变频器厂家出厂自带双滤波功能），开关柜4面及快速限流器1 台。

2.3 电缆敷设

1）从主开关间敷设电缆到新增房间，新增房间敷设开关柜到变频器电缆， 变频器到设备电缆，新增的空调及风机需要敷设动力电缆，新增房间敷设照明电缆；中压电缆需要进行耐压测试及绝缘测试。

2）原中压机处有给中压机控制盘、加热泵、循环泵供电的低压动力电缆，经与平台确认，原低压动力电缆可以给新增电机控制盘、 加热器及相关附属设备供电， 不需要重新铺设低压动力电缆。

2.4 短路电流等

新增电机中压启动，电机启动及运行时对平台电网的影响需要做进一步详细计算 （短路电流、高次谐波等）。

2.5 电网能量管理系统EMS 的局部调整

由于增加了三台1700kW 电动机， 原电网的能量管理系统EMS 及优先脱扣需要重新调整。

3 仪表控制系统方案

3.1 确定现场仪表、 火气探测设备种类和数量，并落实来源。 根据工艺PID 来确定需要新增的现场仪表的种类和数量，预计新增的仪表有：8 个热探头，4 个烟感探头，4 个可燃气探头，4 套室内CO2声 光 报 警，4 套 室 外CO2声 光 报 警，4 套CO2释放按钮盒，4 套CO2抑制按钮盒，4 套电磁阀，6套风闸显示盒。 新增现场仪表和火气探测设备需提供技术文件进行采办。

3.2 确定新增的设备监控信号种类及数量。

3.3 根据新增设备的厂家资料、业主监控要求以及安全专业新增相应设备的情况，确定需要接入原中控系统的新增设备信号种类和数量，预计所有新增信号为46 个点左右。

3.4 确定电缆的种类、数量及电缆路径，完成电缆敷设。 根据新增现场仪表设备、火气探测设备和新增设备监控信号的位置、所属系统及信号类型确定电缆种类、数量。 另外，根据新增现场仪表和火气探测设备、新增设备监控信号及中控室的位置，同时尽量利用原平台托架，确定电缆走向，并完成敷设。

3.5 中控系统I/O 扩容和控制逻辑修改将新增现场仪表、火气探测设备及新增设备监控信号按所属系统和I/O 信号类型的不同， 分别接入中控系统相应机柜的端子，完成接线工作，预计PCS 系统新增32 个点，ESD 系统新增14 个点。 最后根据改造内容，结合工艺安全分析表，完成因果逻辑的修改，实现控制系统对新增设备的监控。

3.6 控制模块。 中压机驱动由燃气发动机更换为电机，压缩机部分不变，新增电机的控制模块整合在原现场控制盘内。

3.7 系统调试。 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。

4 存在问题及风险

在不停产改造期间需要厂家对中压压缩机的震动各种工况进行分析，做好结构变动引起高振动应急方案， 保证顺利生产； 改造增加对平台新增载荷进行重心核算，评估对平台的结构影响；原燃气发动机和烟囱拆装，新电机设备重量大，运输风险大，重量接近平台吊机极限；不停产的情况下在危险区热工和电气施工，安全需要注意。

5 经济评价

现有的3 台中压压缩机负责油田群天然气外输，3 台压缩机均为燃气驱动发电机。 压缩机改为电驱后， 压缩机组1a 减少天然气消耗量约354 万m3， 并且减少火炬放空的天然气消耗约3.2 亿m3。

压缩机原动机由燃气驱动时，每台压缩机日常维修费58 万元/a，每8000h 要对燃气驱压缩机进行维护的费用70 万元，每24 000h 维修的费用117 万元，每48000h 维修的费用173 万元。 压缩机改为电驱后，预计每台电驱压缩机日常维保费0.1 万元/a， 另外每40000h 要对电驱压缩机进行维护的费用为5 万元。

中压压缩机原动机由燃气驱动改电驱项目不仅可以达到节能减排目的，也具有一定的经济效益，建议实施。