CN210509532U - 一种超高压高含硫双介质大排量压缩机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超高压高含硫双介质大排量压缩机组，包括安装在撬体上的增压系统、动力及传动系统、冷却系统、净化处理系统、排污收集及处理系统、压缩机盘根水冷却系统提及控制系统。各个单元集成一撬，结构紧凑，方便移运，并且通过增加阻尼板以及飞轮的设计解决高压力大排量增压机组的脉动、震动、扭振情况，通过控制硫化氢腐蚀以及天然气压缩的安全问题，达到通过一套压缩机组即可以实现注氮气和天然气双工况作业，从而最大限度实现油气增产，同时充分利用天然气井场的放空天然气作为回注介质，放空天然气资源回收利用，有效的减少资源浪费以及环境污染。

Description

一种超高压高含硫双介质大排量压缩机组

技术领域

本发明涉及油气开发设备领域，具体涉及一种既可压缩氮气也可压缩含H2S(20000ppm)天然气的压缩机组。

背景技术

2016年11月2日， 中国石化西北油田井位测量员进行放样作业，设置顺北7井的坐标位置并探测出此区块资源量达17亿吨，石油12亿吨、含硫天然气5000亿立方米。顺北油田虽然油质好，但平均埋藏深度超过7300米，具有超深度、超高压、超高温的特点，是中国石化在塔里木盆地新地区、新领域、新类型获得的重大油气突破。注气增产是目前油气开采常用的技术，比如注氮，目前传统的注氮技术含有以下问题：（1）传统多级组合的氮气压缩机组设备排量小，设备撬体多，占地面积大，移运不方便，操作施工麻烦，且设备运行不稳定等问题；（2） 液氮泵设备供应不及时、不方便、不连续，液氮运输成本高等等问题。此外天然气回注增产作业既将放空天然气作为回注介质注入到油气藏中，能够改善天然气及油藏品性，对稠油降粘、增溶、解堵、驱油、清垢等油田采油增产作业具有良好的增产效果，对天然气井增能及增产意义重大；同时有效的减少资源浪费、减少因放空天然气燃烧造成的环境污染。但是目前针对超深度、超高压的油气藏中，现有的天然气压缩机的压力不能达到70MPa的天然气回注压力要求，此外传统模式的压缩机组或泵设备不能同时满足压缩天然气/氮气双工况工作模式需求，而直接采用常规的氮气压缩机组又不能解决天然气中含有20000ppmH2S等酸性腐蚀性气体等的问题。因此目前需要一种同时满足压缩天然气/氮气双工况工作模式需求的压缩机组。

发明内容

本发明的目的就是提供一种满足压缩天然气/氮气双工况工作模式需求的超高压高含硫双介质大排量压缩机组，通过一套压缩机组即可以实现注氮气和天然气作业，从而最大限度实现油气增产，同时充分利用天然气井场的放空天然气作为回注介质，放空天然气资源回收利用，有效的减少资源浪费以及环境污染。

本发明采用如下技术方案：

一种超高压高含硫双介质大排量压缩机组，包括安装在撬体上的增压系统、动力及传动系统、冷却系统、净化处理系统、排污收集及处理系统、压缩机盘根水冷却系统提及控制系统，具体如下：

所述增压系统包括活塞式往复增压机以及其进、出口端分别通过管道连接的进口缓冲罐、出口缓冲罐，所述进口缓冲罐、出口缓冲罐的内腔均设有阻尼板；所述动力及传动系统包括防爆电机，所述防爆电机与活塞式往复增压机的动力输入端传动连接；

所述冷却系统主要是由空冷器组成，所述空冷器采用引风式结构，其包布置在空冷器顶部的防爆电机以及与其连接的可正反转的叶片、布置在空冷器内部两侧的管束，所述管束外设计为叶片角度可调节的百叶窗结构；所述管束的进口端与出口缓冲罐连接、出口端连接出气管线；

所述净化处理系统包括通过管线依次连接的预处理除水罐和气液分离器，所述预处理除水罐的进口端通过双工况切换工装分别连接氮气管线和天然气管线，所述气液分离器的出口端与进口缓冲罐连接；

所述排污收集及处理系统包括气液分离及收集系统和放喷点火系统，所述气液分离及收集系统包括与气液分离器底部连接的排液管线以及与排液管线连接的收集罐，所述收集罐上通过排气管线与放喷点火系统连接；

压缩机盘根水冷却系统包括与增压机盘根水通道进、出口端连接的循环水管线，所述循环水管线管线上连接有离心泵、散热器、过滤器、压力传感器、温度传感器 以及水流量指示器。

进一步的，所述防爆电机与活塞式往复增压机之间通过叠片挠性联轴器传动连接，所述叠片挠性联轴器包括中间段间隔轴、左安装盘和右安装盘，所述中间段间隔轴的两端与左安装盘和右安装盘之间分别设有叠片组件并通过螺栓分别连接；所述叠片挠性联轴器上还安装有飞轮。

进一步的，所述活塞式往复增压机选择最高增压至70MPa、排量1800-2000Nm3/h的Ariel-JGA系列增压机。

进一步的，所述活塞式往复增压机的进口端管线上设有分支连接注油嘴。

进一步的，所述出气管线上还安装有安全阀，所述安全阀的出口通过管线与放喷点火系统连接。

进一步的，所述活塞式往复增压机通过自动隔气排液系统以及排液管线与收集罐连接

进一步的，所述循环水管线上还设有分支与补水箱连接。

进一步的，所述活塞式往复增压机的中体采用双室设计，且双室内均能够受控充入保护气。

进一步的，所述天然气管线上设有分支连接微型制氮装置，且所述活塞式往复增压机的中体双室通过保护气管线与微型制氮装置连接。

本发明能够利用天然气井场的放空天然气作为回注介质，放空天然气资源回收利用，有效的减少资源浪费（若不回注，放空天然气将直接引至火炬燃烧掉）；天然气注入到超过7000余米的超深度、超高压的油气藏中能够改善天然气及油藏品性，对稠油降粘、增溶、解堵、驱油、清垢等油田采油增产作业具有良好的增产效果，对天然气气井增能及增产意义重大。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）采用强度刚度足够的底座作为撬体平台，将增压系统、动力及传动系统、冷却系统、净化处理系统、排污收集及处理系统、压缩机盘根水冷却系统、控制系统集成一撬，结构紧凑，方便移运。

（2）与Ariel公司合作研发可以压缩氮气/含硫天然气双介质的高压（（H2S20000ppm）) 活塞往复式压缩机，采用五级压缩，针对氮气/天然气不同的压缩比，气缸采用余隙调节，额定排气压力：70MPa；流量：1800-2000 Nm3/h。

（3）模拟仿真分析，系统解决高压力大排量增压机组的脉动、震动、扭振情况，管道及进排气缓冲罐加装阻尼板 ，阻尼板安装位置及形状大小经过严格分设计确定，有效消除脉动，联轴器加装飞轮消除扭振（图1）等，底座局部区域灌浆。

（4）压缩介质中H2S（20000ppm）腐蚀性的预防及解决措施：

天然气进行预处理除水+二次气液分离器达到高效除水，除游离水效率达97%；

设备零部件、管件优先选用SS316L或SS304L材料；

利用进气流将注油嘴上的润滑油滴冲进到气阀，形成油膜保护，有效减少压缩机进排气阀的腐蚀及损坏。

（5）冷却器的管束布置成“H”型，有效解决大排量下增压机的冷却需求，且结构紧凑；采用专用正反转铝质叶片，可在极端高温和低温环境情况下满足排风/吸风两种冷却方式冬夏季温度调节功能，有效防止夏季高温及冬季压缩介质的水析出及冰堵。

（6）增压机中体设计成双室型结构，活塞杆运转时，双室防漏双重保护，高效防止天然气向曲轴箱侧泄漏；

（7）采用一台压缩机组即可完成对氮气/含硫天然气两种介质的压缩，节约1台套压缩机组的采购成本，同时开发新的压缩工艺流程，使其同时满足氮气/含硫天然气两种工况需求；

氮气/含硫天然气一级进气双工况切换工装 的设计，防止氮气模式时的防吸空和卸载，满足天然气模式时微型制氮装置的介入；

天然气工况模式时，运行前微型制氮装置对压缩机、缓冲罐及管道 进行氮气置换吹扫，运行中持续向增压机中体两室注入纯度≥98%的氮气作为保护气，及停机后再次对压缩机、缓冲罐及管道 进行氮气置换吹扫；

所有的安全阀、排污出口汇总统一收集及放喷点火；

采用全自动隔气排液系统 ，安全、可靠。

（8）采用盘根水循环冷却工艺，利用多级离心泵将经过散热器的防冻液抽出，

（9）注入到增压机盘根水通道内，降低增压机运行过程中的盘根温度，其循环过程压力传感器 、温度传感器、水流量指示器能检侧是否正常工作，可以很好的解决大排量增压机高压力工作时活塞杆与盘根运行时产生的高温现象，确保增压机高效工作及延长设备使用寿命。

（9）含硫天然气/氮气压缩时其排气压力、温度等及作业工况不同，设备配有双界面控制系统，仅需根据实际工况选择合适的界面就可实现整套系统的控制。

（10）整个装置配有多级压力及温度检测系统，可燃气体及硫化氢含量检测仪，可以实现紧急报警、停机，最大限度保证设备使用及操作人员的人身安全；视频采集信号、设备监控信号均可以远传至防爆数采中心，实现无人值守，自动化程度高。

附图说明

图1为本发明的平面布置示意图；

图2为本发明双工况压缩的工艺流程示意图；

图3为本发明中增压机盘根水循环冷却流程；

图4为本发明中缓冲罐加装阻尼板及气阀冲洗油润滑结构示意图；

图5为本发明中空冷器的结构示意图；

图6是图5的左视图；

图7为本发明中增压机中体双室的结构示意图；

图8为本发明中叠片挠性联轴器的结构示意图。

图中：1. 增压系统，2. 动力及传动系统，3. 冷却系统，4. 净化处理系统，5. 排污收集及处理系统，6. 压缩机盘根水冷却系统，7. 控制系统，8. 撬体，9. 微型制氮装置，10. 全自动隔气排液系统，11. 活塞式往复增压机，12. 双工况切换工装，13. 高效气液分离器，14. 空冷器，15. 安全阀， 16. 放喷点火系统，17. 天然气管线，18. 氮气管线，19.进口缓冲罐，20. 出口缓冲罐，21. 出气管线，22. 收集罐，23. 散热器，24. Y型过滤器，25. 多级离心泵，26. 手动球阀，27. 压力传感器，28. 增压机盘根，29. 水流量指示器，30. 温度传感器，31. 补水箱，32.阻尼板，33. 注油嘴，34. 气缸，35. 气阀，36. 正反转铝质叶片，37. 防爆电机，38. 可调式百叶窗，39. 管束，40. 箱体，41. 盘根，42. 活塞杆，43. 中体1#室，44. 密封环，45. 中体2#室，46. 左安装盘，47 .中间段安装轴，48. 螺母，49. 叠片组件，50. 螺栓，51. 右安装盘，52. 飞轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参见图1-8，一种超高压高含硫双介质大排量压缩机组，包括安装在撬体8上的增压系统1、动力及传动系统2、冷却系统3、净化处理系统4、排污收集及处理系统5、压缩机盘根水冷却系统6提及控制系统7，采用强度刚度足够的底座作为撬体平台，将增压系统、动力及传动系统、冷却系统、净化处理系统、排污收集及处理系统、压缩机盘根水冷却系统、控制系统集成一撬，结构紧凑，方便移运；各部分平面布置参见图1，工艺流程参见图2，具体如下：

增压系统1包括活塞式往复增压机11以及其进、出口端分别通过管道连接的进口缓冲罐19、出口缓冲罐20，活塞式往复增压机11选择最高增压至70MPa、排量1800-2000Nm3/h的Ariel-JGA系列增压机，进口缓冲罐19、出口缓冲罐20的内腔均设有阻尼板32；增压机及配套罐、压力管道、管件均耐H2S（20000ppm）等酸性气体腐蚀。

动力及传动系统2包括防爆电机，防爆电机与活塞式往复增压机11之间通过叠片挠性联轴器传动连接；参见图8，叠片挠性联轴器包括中间段间隔轴47、左安装盘46（压缩机侧）和右安装盘51（电机侧），中间段间隔轴47的两端与左安装盘46和右安装盘51之间分别设有叠片组件（49）并通过螺栓50及螺母48分别连接；叠片挠性联轴器上还安装有飞轮52。防爆电机为增压机提供动力输入，联轴器采用带飞轮结构的，减小传动过程中的振动，联轴器护罩采用防火花型，材料采用黄铜或铝。

冷却系统3主要是由空冷器14组成，参见图5、6，空冷器14采用引风式结构，其包布置在空冷器14顶部的防爆电机37以及与其连接的正反转铝质叶片36、布置在空冷器14内部两侧的管束39，管束39外设计为可调式百叶窗（叶片角度可调）；管束39的进口端与出口缓冲罐20连接、出口端连接出气管线21，出气管线21上还安装有安全阀15，安全阀15的出口通过管线与放喷点火系统16连接。叶片可实现正反转以及管束箱外侧为百叶窗结构，此两项结构设计均能够适应冬夏季交替的温度调节功能。

净化处理系统4包括通过管线依次连接的预处理除水罐和高效气液分离器13，预处理除水罐的进口端通过双工况切换工装12分别连接氮气管线18和天然气管线17，高效气液分离器13的出口端与进口缓冲罐19连接；预处理除水罐和高效气液分离器两者组合，可以起到高效除水和过滤效果，为增压系统提供干净的介质。天然气管线上17还设有分支连接微型制氮装置9，当天然气工况模式时，运行前微型制氮装置9对压缩机、缓冲罐及管道进行氮气置换吹扫，及停机后再次对压缩机、缓冲罐及管道 3进行氮气置换吹扫。

排污收集及处理系统5包括气液分离及收集系统和放喷点火系统，气液分离及收集系统包括与高效气液分离器13底部连接的排液管线以及与排液管线连接的收集罐22，收集罐22上通过排气管线与放喷点火系统16连接。活塞式往复增压机11通过全自动隔气排液系统10以及排液管线与收集罐22连接。排污收集及处理系统5主要作用为将气液分离，液体集中收集，可燃及危险气体引至安全区域火炬口燃烧处理。

压缩机盘根水冷却系统6包括与增压机盘根28水通道进、出口端连接的循环水管线，循环水管线管线上连接有多级离心泵25、散热器23、Y型过滤器24、压力传感器27、温度传感器30以及水流量指示器29；循环水管线上还设有分支与补水箱31连接。压缩机盘根水冷却系统6主要作用为高杆载荷下的活塞杆和盘根的降温，确保机器运转的性能。工作流程参见图3。

控制系统7主要由西门子系列可编程控制器和彩色触摸屏及其他辅助控制部分组成，可实现天然气/氮气双操作系统，信号采集及远传至防爆数采房，实现无人值守功能。

实施例2

一种超高压高含硫双介质大排量压缩机组，在实施例1结构的基础上，参见图4，活塞式往复增压机11的进口端管线上设有分支连接注油嘴33。

工作过程基本同实施例1，并且工作时，利用进气流将注油嘴33上的润滑油滴冲进到气阀35，形成油膜保护，有效减少压缩机进排气阀的腐蚀及损坏。

实施例3

一种超高压高含硫双介质大排量压缩机组，在实施例1或2结构的基础上，参见图7，活塞式往复增压机11的中体采用双室设计，且活塞式往复增压机11的中体双室通过保护气管线与微型制氮装置9连接。

工作过程基本同实施例1或2，并且工作时，活塞杆42运转时，双室防漏双重保护，同时能够持续向增压机中体两室注入纯度≥98%的氮气作为保护气，进一步防止防止天然气向曲轴箱侧泄漏。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种超高压高含硫双介质大排量压缩机组，其特征在于：包括安装在撬体上的增压系统、动力及传动系统、冷却系统、净化处理系统、排污收集及处理系统、压缩机盘根水冷却系统提及控制系统，具体如下：

所述增压系统包括活塞式往复增压机以及其进、出口端分别通过管道连接的进口缓冲罐、出口缓冲罐，所述进口缓冲罐、出口缓冲罐的内腔均设有阻尼板；所述动力及传动系统包括防爆电机，所述防爆电机与活塞式往复增压机的动力输入端传动连接；

所述冷却系统主要是由空冷器组成，所述空冷器采用引风式结构，其包布置在空冷器顶部的防爆电机以及与其连接的可正反转的叶片、布置在空冷器内部两侧的管束，所述管束外设计为叶片角度可调节的百叶窗结构；所述管束的进口端与出口缓冲罐连接、出口端连接出气管线；

所述净化处理系统包括通过管线依次连接的预处理除水罐和气液分离器，所述预处理除水罐的进口端通过双工况切换工装分别连接氮气管线和天然气管线，所述气液分离器的出口端与进口缓冲罐连接；

所述排污收集及处理系统包括气液分离及收集系统和放喷点火系统，所述气液分离及收集系统包括与气液分离器底部连接的排液管线以及与排液管线连接的收集罐，所述收集罐上通过排气管线与放喷点火系统连接；

压缩机盘根水冷却系统包括与增压机盘根水通道进、出口端连接的循环水管线，所述循环水管线上连接有离心泵、散热器、过滤器、压力传感器、温度传感器以及水流量指示器。

2.根据权利要求1所述的超高压高含硫双介质大排量压缩机组，其特征在于：所述防爆电机与活塞式往复增压机之间通过叠片挠性联轴器传动连接，所述叠片挠性联轴器包括中间段间隔轴、左安装盘和右安装盘，所述中间段间隔轴的两端与左安装盘和右安装盘之间分别设有叠片组件并通过螺栓分别连接；所述叠片挠性联轴器上还安装有飞轮。

3.根据权利要求1所述的超高压高含硫双介质大排量压缩机组，其特征在于：所述活塞式往复增压机选择最高增压至70MPa、排量1800-2000Nm3/h的Ariel-JGA系列增压机。

4.根据权利要求1所述的超高压高含硫双介质大排量压缩机组，其特征在于：所述活塞式往复增压机的进口端管线上设有分支连接注油嘴。

5.根据权利要求1所述的超高压高含硫双介质大排量压缩机组，其特征在于：所述出气管线上还安装有安全阀，所述安全阀的出口通过管线与放喷点火系统连接。

6.根据权利要求1所述的超高压高含硫双介质大排量压缩机组，其特征在于：所述活塞式往复增压机通过自动隔气排液系统以及排液管线与收集罐连接。

7.根据权利要求1所述的超高压高含硫双介质大排量压缩机组，其特征在于：所述循环水管线上还设有分支与补水箱连接。

8.根据权利要求1所述的超高压高含硫双介质大排量压缩机组，其特征在于：所述活塞式往复增压机的中体采用双室设计，且双室内均能够受控充入保护气。

9.根据权利要求8所述的超高压高含硫双介质大排量压缩机组，其特征在于：所述天然气管线上设有分支连接微型制氮装置，且所述活塞式往复增压机的中体双室通过保护气管线与微型制氮装置连接。

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