三亚乐东合并方案 乐东15-1气田独立性生产改造方案研究

　　【摘 要】本文作者以乐东15-1气田为例，对天然气压缩机辅机供电电源、海水提升泵控制系统等一系列改造方案，成功实现气田独立性生产测试，从而保证了乐东气田群的供气稳定性。
　　【关键词】独立性生产；应急负荷；海水提升泵；变频控制
　　由于乐东15-1气田的电力主要由乐东22-1气田提供，在乐东22-1气田生产关停或主电力系统出现故障时，乐东15-1气田将同时触发关停，给乐东15-1气田带来生产隐患。随着下游用户对天然气的需求不断加大，天然气稳定供气显得尤为重要，可见，实现乐东15-1气田独立性生产十分必要。
　　1 方案研究
　　1.1 电力负荷校核
　　经过现场测试，我们确定应急发电电网是无法承受海水提升泵直接启动时的冲击，为了减少海水提升泵启动时对电网和海水管路的冲击，避免水锤现象的发生，保证气田重要设备的安全运行，确保当主电力系统故障时，乐东15-1气田能够继续独立生产，其启动方式需要进行变频改造。原设计两台透平压缩机的辅机和启动马达的负载都在正常母排上，当正常母排失电时，透平压缩机的滑油冷却风机等辅机会停止运转，从而导致机组停机和生产关停，为了避免透平压缩机辅机停电导致生产关停；在改造方案的设计上还需要将透平压缩机的辅机负载接到应急母排。
　　1.2 方案确立
　　（1）将其中一台海水提升泵电源进行改造，采用双回路电源供电，并且将其改为变频启动，增加大容量控制柜和变频控制装置；可以解决电机启动时对电网和海水管路的冲击的同时，也可以解决主电失掉后应急发电机组不能启动海水提升泵给透平压缩机后冷却器供水冷却的困扰，使应急发电机组保生产成为一种可能。
　　（2）在对一台海水提升泵进行变频改造的同时，将两台透平压缩机其中一台机撬风机和滑油冷却风机的负载移至应急母排。这样可以实现应急发电机组供电时，能够确保透平压缩机正常运行，且在主电源恢复后可自动并车，避免切换电源时出现透平压缩机停机的风险。
　　2 关键技术与可靠性分析
　　2.1 关键技术
　　2.1.1 变频器
　　海水提升泵采用了“西门子变频器MM430”，其额定电压为AC460V，额定频率50/60HZ，额定功率160KW。它的稳定性能保障了在应急机供电时海水提升泵的正常启动，杜绝了启动电流对电网的冲击，杜绝了系统启停的“水锤”现象，提供了平滑的、无级的电动加速、减速，同时通过减小转矩波动来减轻对齿轮、联轴器海水管路的损害，节省系统的维修费用，大大改善了系统的性能的稳定性，延长了设备的使用寿命。海水提升泵变频器装置不仅具有良好电机保护特性和多种的启动方式，重要的是能确保电机和电网系统的安全可靠运行。
　　2.1.2 电源自动转换开关
　　当主电丢失，电源自动转换开关可以把海水提升泵自动切换到应急电，确保海水提升泵可以及时启动，从而实现应急独立生产。本方案采用了WATSG自动转换开关，WATSG系列自动转换开关电器是施耐德万高(天津)电气设备有限公司具有专利技术的PC级自动转换开关电器产品，具备较高的短路电流接通及承载能力，具备满负荷状态下的电源切换能力和极强的抗干扰能力。
　　2.1.3 海水泵自动切换逻辑
　　开始时，若硬件、软件皆无备用（两者同时有效时硬件优先），A泵变频启动，转速从0开始随频率上升，如变频器频率到达50Hz而此时水压还在下限值，延时一段时间（避免由于干扰而引起误动作）后，A泵切换至工频运行，同时变频器频率由50Hz滑停至0Hz，B泵变频启动，如水压仍不满足，则依次启动C泵，泵的切换过程同上；若开始时A泵备用，则直接启动B变频，转速从0开始随频率上升，如变频器频率到达50Hz而此时水压还在下限值，延时一段时间后，B泵切换至工频运行，同时变频器频率由50Hz滑停至0Hz，C泵变频启动，泵的切换过程同上；若A、B泵都备用，则直接启C变频，具体泵的切换过程与上述类同。同样，若三台泵（假设为A、B和C）运行时，C泵变频运行降到0Hz，此时水压仍处于上限值，则延时一段时间后使A泵停止，变频器频率从0Hz迅速上升，若此后水压仍处于上限值，则延时一段时间后使B泵停止。
　　2.2 可靠性分析
　　2.2.1 电源可靠性
　　当主电丢失，电源自动转换开关可以把海水泵自动切换到应急电，确保海水提升泵可以及时启动，从而实现应急电源独立生产。
　　2.2.2 海水供给可靠性：
　　在生产过程中，如果正在运行的海水提升泵出现故障，另有两台备用泵可以马上切换启动，也确保了海水系统压力、流量的稳定性，及时满足海水用户的需求；
　　2.2.3 电网可靠性
　　海水提升泵采用变频调速方式自动调节水泵电机转速。改变以往“先启后停”方式，自动完成泵组的软启动及无冲击切换，使水压平稳过渡。变频启动海水提升泵对电网无冲击，增强电网的可靠性。
　　2.2.4 控制逻辑
　　中控DCS系统可以远程启动海水泵，先进的泵切换逻辑，有效地减少泵的频繁启停，同时在实际管网对水压波动做出反应之前，由变频器迅速调节，使水压平稳过渡，从而有效的保证生产用水。在乐东15-1气田失去主电的情况下实现不间断生产，首先需要旁通乐东22-1气田光线通信过来的生产关停信号PRP-XZ-0003CEP，乐东15-1气田到乐东22-1气田的上岸海管关断阀CEP-SDV-1515和乐东22-1气田的下海管外输关断阀CEP-SDV-2506处于打开状态，然后通过应急机带动负载：海水泵、空压机等，导通工艺流程，乐东15-1气田既保证了自身紧急关停系统的完整性，同时也实现其油气的正常外输。
　　3 方案实施
　　首先启动应急发电机组，调节机组的空载输出电压与频率，手动并入电力系统，反送电至正常母排，通知中控将空压机切换为A机单机运行模式，将生活楼和钻修井机所有负荷切除，观察负荷变化，发现发电机组功率变化范围约为30-90KW,启动三甘醇循环泵，将三甘醇系统一组加热器投用，保持应急配电间和中控各有一台空调投用，一台淡水泵运行，应急发电机组功率170KW左右；通知中控变频启动海水泵，发现发电机组功率从170KW缓慢升至330KW左右，最后稳定在280KW左右，启动过程机组频率无任何波动，通知中控将三甘醇系统另一组加热丝投用，此后机组稳定运行在280-350KW之间；通知中控准备启动透平压缩机A，在透平压缩机A机启动过程中，机组的功率从350KW一直升至460KW，检查负荷情况，发现透平压缩机B机的两台机撬风机和交流预后润滑油泵也在运行，将其负荷切除后，待透平压缩机A机点火加载成功后，发电机组功率又恢复运行在350-390KW之间，启动电仪间空调、主开关间两台空调、应急配电间两台空调以及紫外线消毒装置，发电机组功率稳定运行在350-410KW之间，可以说应急发电机组独立性生产试验圆满成功。
　　4 结束语
　　通过对天然气压缩机辅机供电电源、海水提升泵控制系统等一系列改造，乐东15-1气田能够依靠本装置的应急发电机组供电，能够实现独立带载生产，避免了因乐东22-1气田主电网故障掉电时造成关停，从而保证了乐东气田群的供气稳定性。
　　参考文献：
　　[1]舒雪松；冷热水系统中的水锤现象[J]；《给水排水动态》2006年03期
　　[2]陈骞;贺明智;郑琼林;两种IGBT的性能参数比较和选型[J];电力电子技术;2011年06期
　　作者简介：
　　张万兵，1973年生，工程师，工程硕士，主要从事海洋石油天然气生产管理工作。