海上气田离心式干气压缩机调试技术_吴龙.pdf

设备管理与维修2023 5（下）4总结通过钻头冠型、布齿结构、切削齿工作角度、防卡结构及水力结构的个性化设计，增强了钻头穿夹层能力，提高了钻头稳定性，避免了憋跳、粘滞发生，降低了卡钻和泥包风险，现场应用效果良好，达到了预期提速目标。随着后续的规模化推广应用，还应根据钻井工况变化适当调整相应参数，以提高钻头的稳定性和破岩效率。参考文献1邹德永，尹宏锦.PDC 钻头钻进的岩石可钻性研究 J.石油大学学报（自然科学版），1993（1）：31-35.2田军，陈德光，王志忠，等.利用测井资料预测地层岩石可钻性 J.石油钻采工艺，1994（3）：1-4，20.3谢翠丽，杨爱玲，陈康民.非对称多喷嘴平底钻头井底三维流场数值模拟 J.石油学报，2002（6）：77-80，1.编辑张韵井号钻头尺寸/mm层位钻进井段/m进尺/m 机速/（m/h）高石 132 井311.2雷口坡嘉二 32257.62915.8658.26.51磨溪 022-X6311.2雷口坡嘉二 325393222683.05.20磨溪 016-H1311.2雷口坡嘉二 32385.43056670.66.83表 1改进前 PDC 钻头应用情况井号钻头尺寸/mm层位钻进井段/m进尺/m 机速/（m/h）高石 128 井311.2雷口坡嘉二 32288.363040751.6410.87表 2个性化设计的 PDC 钻头应用情况0引言天然气压缩机是海上气田的核心设备，天然气从海底采出后经过脱水、脱烃等系统处理后，压力将大幅降低，而海上平台场地非常有限，为确保处理合格的天然气顺利外输到下游用户，海上气田一般采用离心式压缩机对处理后的天然进行外输。南海某 D 气田在投产初期需进行 3 台 MAN 公司生产的RB28-4 型电驱离心式干气压缩机的调试投用工作，在该型压缩机厂家 MAN 公司无法派遣外籍调试工程师到现场开展调试工作的情况下，D 气田组织国内技术资源展开该型压缩机的自主调试，制定完整的调试计划及方案，完成包括喘振曲线绘制、机组保护参数优化等调试内容，解决密封气增压泵启动滞后、密封气温度超温等问题，顺利完成该型压缩机组自主调试，为海上平台大型设备的本地化调试投用提供具有实用价值的工程案例。1离心式压缩机调试1.1压缩机喘振曲线绘制压缩机喘振曲线绘制常规做法为：绘制前厂家会为调试工程师提供机组喘振工况点参考数据，调试工程师首先依据参考数据绘制喘振曲线，然后通过调整压缩机转速和防喘阀开度使工况点发生改变并逐步接近所绘制喘振曲线，最终工况点落在喘振曲线上并触发防喘阀快速打开指令，保护机组免受喘振影响。如果依据参考数据绘制的喘振曲线满足生产设计要求，则将其作为压缩机喘振曲线。参考数据基于试验和计算给定，为预测数据，与机组实际情况往往存在差异，不能准确反映机组真实性能。调试过程气田现场需要实际测量机组喘振工况点。由于无参考数据绘制喘振曲线保护，即使机组发生真实喘振，防喘阀也不会自动打开，调试难度和风险相对增加，但确定喘振曲线更加准确、真实，机组性能也能得到充分利用。为保证调试顺利进行，调试组成员通过理论分析与国内厂家反复沟通最终确定喘振曲线调试具体步骤：（1）压缩机采用闭式循环状态下采集喘振工况点数据：压缩机主阀、放空阀、外输阀始终处于强制关闭状态，加载阀在给压缩机系统充压后手动关闭，防喘阀全开，保证调试过程中不影响现有生产系统。（2）喘振测试监测变量为燃气流量、振动、进口压力、进口温度、出口压力、出口温度、防喘阀开度和压缩机速度，上述任一参数产生明显波动，均可认为发生喘振，同时安排专人在现场监听压缩机入口和出口是否有异常低频脉动声音，保证及时发现压缩机达到喘振工况点。摘要：南海某 D 气田配备有 3 台 MAN Diesel&Turbo 公司生产的 RB28-4 型离心式电驱干气压缩机组作为气田天然气外输关键设备，天然气经脱水、脱烃处理后向下游用户输出。气田投产初期，为保证该套设备如期投运，组织国内技术资源对其进行自主调试。此次调试包含喘振曲线绘制、机组保护参数优化、密封气增压泵启动滞后、密封气温度超温等内容，实施海上平台大型设备调试的工程案例。关键词：离心式；电驱；干气压缩机；天然气；调试中图分类号：TE96文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.05D.51海上气田离心式干气压缩机调试技术吴龙，贾红明（中海石油（中国）有限公司海南分公司，海南海口570100）117设备管理与维修2023 5（下）（3）在原有控制电路中增加防喘阀手动速开按钮，保证防喘阀在压缩机达到喘振工况点时能迅速打开，保护机组不长时间运行在喘振状态下。（4）采用 5 点测试法，测试转速由低到高，依次在 70%、80%、90%、100%和 105%额定转速下进行。（5）在 70%额定转速下手动缓慢减小防喘振控制阀的开度，每次 1%，等压缩机工艺气体参数稳定后，记录数据，再减小 1%，直到机组产生喘振，按下步骤（3）中手动速开按钮，防喘阀全开。（6）改变压缩机转速，重复以上步骤，并将喘振前最后一次记录数据（压缩机进出口绝对压比 X、压缩机进口流量 Y）填入表 1。（7）根据喘振响应曲线计算公式得出喘振响应曲线工况点。Y1=Y（1+A%）+B（1）X1=X（2）其中：A 为修正因子，取 21；B 为偏移量，取值为 2。依据表 1 数据绘制多段线性喘振曲线。1.2防喘控制器调试创新性扩大喘振响应曲线右偏置量，确保机组在防喘控制器调试过程中即使工况点发生较大波动机组仍不发生喘振，同时保证调整后的防喘阀参与保护控制时准确平稳落在喘振响应曲线，喘振响应曲线为压缩机防喘重要参考曲线。当压缩机运行工况点位于喘振响应曲线左侧时，防喘控制器将输出电信号作用于防喘阀使其打开一定开度，进而增大机组回流，避免喘振。防喘控制器为 PI 控制器，为保证控制器输出平稳，需对控制器比例增益和积分时间进行整定。由表 1 可知：同一压比下，喘振响应曲线与喘振曲线对应的流量相差较小。由于调试前不清楚防喘控制器输出特性，为保证机组在调试过程中不发生喘振，调整喘振响应曲线水平值使喘振响应曲线比表 1 计算值更加远离实际喘振曲线。调整参数后，即使工况点在整定过程中发生较大波动，仍能保证机组不发生喘振，调整后参数见表 2。在此基础上对压缩机系统充压，充压进口压力 5.1 MPa，充压结束后，设置防喘控制器比例增益至最小值 0.1，积分时间至最大值 100 s。启动压缩机并设置转速恒定为 10 070 r/min，手动缓慢减小防喘阀的开度，直到防喘阀开度为 48%时，压缩机喘振裕度为-0.5%，此时压缩机工况点落在调整后的喘振响应曲线左侧，防喘控制器开始自动控制防喘阀使机组避免喘振，防喘控制器输出开始波动。为尽快平稳消除波动，在遵循 PID调试基本原则下，比例增益 Kp由小到大，积分时间 Tn由大到小进行调节。经过测试调整，确认防喘控制器在比例增益为 0.8，积分时间为 10 s时达到最佳控制效果。1.3压缩机密封气气动增压泵的优化优化压缩机密封气气动增压泵启动条件和各阶段气源压力，需保证干气密封在启机阶段不受污染。优化前增压泵启动条件为：预充压完成，压缩机进口压力大于 5 MPa 才会自动启动。由于密封气来自压缩机第一级叶轮出口，经密封气过滤器、管道后，压力变小，因此在密封气增压泵启动前密封气的压力略小于进口的天然气压力，如果天然气内部有杂质或者其他异物，容易造成干气密封损坏。优化后启动条件为：预充压过程中，当压力大于 0.2 MPa 时会自动启动。启机前随着压缩机系统充压不断进行，压力不断增加。为保证增压泵增压效果，需根据压缩机系统压力不断调高增压泵气源压力。调整后的增压泵气源压力与压缩机系统压力呈多段线性函数关系，调整前后增压泵气源压力随压缩机系统压力变化曲线如图 1 所示。1.4限制密封气电加热器输出密封气温度是压缩机密封气系统重要控制参数，对压缩机稳定运行至关重要。调试过程中密封气温度多次出现高温报警且引起加热器控制开关跳闸，调试过程需限制密封气电加热器控制器输出，保证密封气温度的稳定。经分析发现密封气加热器结构和功率设置点较实际需求偏大，导致在密封气温度高于实际需求，加热器虽然已经不输出电流，但余热持续加热密封气。通过测试，在密封气电加热器控制器中将加热器最大输出电流限制为设计电流的10%，同时考虑加热器余热，将密封气加热器温度设点降低 5。调整后密封气加热器运行平稳，密封气温度符合设计要求。2调试经验及技术推广（1）相较传统依据厂家提供参考数据绘制喘振曲线，实际采垂直坐标（压比）P2/P1水平坐标（流量）DP/P102234.72753.232.866.632.966.732.9100123100123表 2调整后的喘振响应曲线参数%图 1调整前后增压泵气源压力随压缩机系统压力变化曲线喘振曲线喘振响应曲线垂直坐标 X（压比）P2/P1水平坐标 Y（流量）DP/P1垂直坐标 X1（压比）P2/P1水平坐标 Y1（流量）DP/P10.00.00.02.034.77.634.711.253.212.453.217.066.617.266.622.874.120.074.126.292.030.092.038.3100100.0100.0123.0表 1压缩机喘振曲线及响应曲线数据%118设备管理与维修2023 5（下）集压缩机喘振工况点数据方法绘制出多段线性喘振曲线更加准确、真实。在实际采集数据时采用 5 点测试法（即 70%、80%、90%、100%和 105%额定转速下喘振工况点）能够全面采集绘制曲线所需数据，保证喘振曲线在机组保护中充分发挥作用。喘振工况点测定过程中所监测变量趋势能很好反映机组是否进入喘振工况。喘振曲线绘制的具体方案适用于绝大部分压缩机组，具有良好的可操作性，可为以后海上同类型压缩机调试中喘振曲线绘制提供参考。（2）在进行防喘控制器参数整定时，适当扩大喘振响应曲线右偏移量，消除喘振控制器调试过程中工况点波动导致机组实际喘振风险，最大程度保障机组在调试过程中处于安全区域，同时达到与未偏移喘振响应曲线进行参数整定相同效果，该方法在压缩机防喘控制器参数整定时值得学习和借鉴。（3）辅机系统在调试中容易被忽视，调试中发现的控制逻辑与设备问题具有代表性。通过修改压缩机密封气气动增压泵启动条件和各阶段气源压力，使压缩机干气密封在启机初始阶段就得到充分保护，避免未经过滤器天然气由迷宫密封进入干气密封对其产生污染。通过限制密封气加热器输出电流，消除密封气加热器选型不合理致使其经常由于超温跳闸、密封气温度波动。该思路为以后调试过程中解决类似问题提供参考。3调试注意事项海上气田采出的天然气属于高温、高压、易燃、易爆品，容易发生天然气泄漏、火灾、爆炸等事故，存在较大安全风险。在调试过程中要严格遵守各项规章制度，注意风险的识别和管控，制定相应的应急预案，明确各个相关岗位人员的应急职责，保证调试过程中的安全。海上气田天然气压缩机的调试是整个气田全面投产前的最后一项系统性的工作，一般情况下调试工期比较有限，要在调试前编制周全的调试方案与进度控制措施，及时发现调试过程中的问题并加以处理，以确保调试工作的顺利实施，为气田的全面投产赢得宝贵时间。电驱离心式压缩机属于大型综合类设备，在调试前要完成其他相关前置条件电气设备的调试工作，如发电机、配电柜、变压器、UPS、应急发电机等，确保电力系统的稳定供应，可以避免在调试过程中因电力系统不稳定导致的压缩机喘振等危害。整个调试过程应与工艺生产人员密切配合，确保天然气放空流程的稳定运行，并制定天然气放空的应急预案，避免出现因压缩机突然停机造成的气田工艺系统憋压等危害。4结束语天然气压缩机组的调试投用，标志着整个海上气田的全面投产，对海上气田电驱离心式天然气压缩机实施本地化调试过程中的关键步骤及容易发生的典型问题进行梳理分析，并给出相应的解决措施，保证海上平台压缩机调试工作顺利完成，为海上平台同类型压缩机的调试及运行维护提供参考。参考文献1张红武.SGT-700 透平发电