段塞流捕集器選型及設(shè)計(jì)思路

寧 銅 許 言 趙建彬 王志超

1.中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司，四川 成都 610041；2.中國(guó)石油塔里木油田公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000

0 前言

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外大規(guī)模的陸地和海上油氣田開(kāi)發(fā)越來(lái)越多，油氣田內(nèi)部集輸通常采用混輸工藝，能簡(jiǎn)化集輸工藝和節(jié)省投資，但較長(zhǎng)的輸送距離往往造成集輸管道凝析液量較大，而清管作業(yè)無(wú)疑讓集輸管道段塞量大幅度增加，因此，為了解決管道段塞流對(duì)處理廠裝置的影響，集輸管道末端往往考慮設(shè)置段塞流捕集器處理管道凝析液和清管造成的段塞流［1］。

1 段塞流捕集器常見(jiàn)型式

國(guó)內(nèi)外油氣田集輸工藝中，常見(jiàn)的段塞流捕集器一般可分為容器式和多管式（指式）段塞流捕集器，這兩種型式的捕集器在結(jié)構(gòu)形式上區(qū)別較大，但在實(shí)際使用中各有優(yōu)點(diǎn)［2］。

1.1 容器式段塞流捕集器

容器式段塞流捕集器通常型式有：臥式和立式。容器式段塞流捕集器中臥式更為常見(jiàn)，由單罐或多罐、緩沖板、捕霧器和防渦器組成，典型的臥式段塞流捕集器見(jiàn)圖1。

圖1 臥式段塞流捕集器

1.2 多管式段塞流捕集器

多管式段塞流捕集器一般由分流器、段塞分離段、段塞收集段和段塞儲(chǔ)液段、立管和沉液管以及平衡管束等組成，多管式捕集器的各個(gè)管段在坡度和長(zhǎng)度上有所不同，在特定情況下還會(huì)設(shè)置沒(méi)有坡度的積液管段，用于液液分層和儲(chǔ)液。典型的多管式（指式）段塞流捕集器結(jié)構(gòu)型式見(jiàn)圖2。

2 段塞流捕集器選型

國(guó)際上通常推薦段塞量在100m3以下選用容器式段塞流捕集器，而對(duì)于較大段塞量情況，多選用管式段塞流捕集器，實(shí)際工程中通常從工作性能、設(shè)備投資、運(yùn)輸與安裝、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)等方面進(jìn)行綜合考慮［3］。

圖2 多管式 （指式）段塞流捕集器

2.1 工作性能

容器式段塞流捕集器特點(diǎn)：氣液分離效率較高；一般用于處理小段塞量。多管式段塞流捕集器特點(diǎn)：氣液分離效率較低；能處理數(shù)千方的段塞量。

就兩種類型捕集器工作性能而言，容器式段塞流捕集器分離氣液的效果較好，而多管式段塞流捕集器處理段塞量更大。

2.2 設(shè)備投資

在處理相同段塞量情況下（小段塞量），容器式段塞流捕集器投資較高，占地面積較小，多管式段塞流捕集器相對(duì)便宜，占地面積較大，綜合而言容器式投資較大。

2.3 運(yùn)輸及安裝

在處理相同段塞量情況下（小段塞量），容器式段塞流捕集器運(yùn)費(fèi)較高，而當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)道路交通較差時(shí)，多管式段塞流捕集器可現(xiàn)場(chǎng)焊接施工的優(yōu)特點(diǎn)更為突出。

容器式段塞流捕集器可在工廠預(yù)制橇裝，現(xiàn)場(chǎng)安裝所需時(shí)間較短，而多管式段塞流捕集器現(xiàn)場(chǎng)焊接、安裝工作量較大，所以在處理相同段塞量情況下（小段塞量），容器式段塞流捕集器節(jié)省工程耗時(shí)。

2.4 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)

就兩種類型段塞流捕集器而言，技術(shù)均較為成熟，低風(fēng)險(xiǎn)，屬長(zhǎng)周期采購(gòu)設(shè)備。

綜上所述，兩種類型段塞流捕集器技術(shù)都較為成熟，在處理陸上氣液混輸管線產(chǎn)生的小段塞量情況下，優(yōu)先選用容器式段塞流捕集器，而對(duì)于接收海上氣液混輸管線或陸上管線較長(zhǎng)、地形起伏變化復(fù)雜的情況，多管式段塞流捕集器處理段塞量大的優(yōu)特點(diǎn)更為明顯。

3 段塞流捕集器設(shè)計(jì)思路

對(duì)于段塞量捕集器的設(shè)計(jì)通常步驟：對(duì)實(shí)際工況進(jìn)行分析，確定最大段塞量；確定段塞流捕集器位置；做出初步選型；初步確定設(shè)備尺寸及液位控制。

工程實(shí)例：現(xiàn)有一條從海上平臺(tái)來(lái)的DN 800，長(zhǎng)約130 km混輸管線，陸上設(shè)有集氣裝置和凝析油穩(wěn)定裝置及相關(guān)配套設(shè)施，集氣裝置對(duì)來(lái)氣進(jìn)行氣液分離，分離出的天然氣經(jīng)計(jì)量后外輸，凝析油經(jīng)穩(wěn)定、計(jì)量后外輸。海底管線設(shè)計(jì)壓力為14MPa，最大輸氣量為 2 800×104m3/d。

3.1 工況分析

根據(jù)已有資料，對(duì)不同工況進(jìn)行建模分析，如不同季節(jié)造成的產(chǎn)量和油氣水含量變化，清管和停輸再啟動(dòng)等工況對(duì)下游集氣、處理裝置的影響，而長(zhǎng)距離混輸造成清管段塞量和停輸再啟動(dòng)對(duì)下游設(shè)備造成危害最為嚴(yán)重。

3.2 段塞流捕集器位置

段塞流捕集器應(yīng)置于集氣裝置清管旁通主管線入口，對(duì)來(lái)氣進(jìn)行初步分離，要求去下游天然氣攜帶液量小，去凝析油穩(wěn)定裝置流量穩(wěn)定。

3.3 初步選型

由于清管作業(yè)產(chǎn)生的段塞量較大，站場(chǎng)靠近海岸遠(yuǎn)離城市和居民區(qū)，征地較為容易，且對(duì)油氣分離效率要求不高，優(yōu)先選用多管式（指式）段塞流捕集器。

3.3.1 清管工況

上游最大輸氣量為2 800×104m3/d，海上平臺(tái)外輸壓力約為11MPa·a，到下游裝置壓力為7MPa·a左右，清管操作產(chǎn)生的段塞量為2 260m3。

3.3.2 停輸再啟動(dòng)

事故工況造成停輸，海上平臺(tái)和陸上集氣裝置關(guān)閉海管進(jìn)出口閥門，海底管道經(jīng)過(guò)一段后達(dá)到壓力平衡，海管上下游閥門關(guān)斷后壓力變化曲線見(jiàn)圖3～4，而經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，管道沿線壓力都將穩(wěn)定為9MPa·a。

圖3 海管入口壓力變化曲線

圖4 海管出口壓力變化曲線

段塞流捕集器應(yīng)與海底管道組成一個(gè)系統(tǒng)，起到泄壓穩(wěn)定流量作用，直到壓力和流量滿足下游裝置的處理能力后停止泄壓放空，因此段塞流捕集器應(yīng)符合［4］：段塞流捕集器與海底管道設(shè)計(jì)壓力一致；滿足海管泄壓要求，在段塞流捕集器氣相出口設(shè)置放空；滿足液相儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)流量要求。

3.4 設(shè)備尺寸

根據(jù)操作工況初步確定段塞流捕集器尺寸見(jiàn)表1。

表1 段塞流捕集器尺寸

3.5 流量及液位控制

多相流管道將氣液輸送至處理廠集氣裝置后，氣液流態(tài)和流量都不穩(wěn)定，段塞流捕集器起到穩(wěn)定流態(tài)和流量作用。當(dāng)完成清管作業(yè)后，捕集器內(nèi)充滿了液體，為了防止液滴二次夾帶，可在氣相出口設(shè)置捕霧器或在下游設(shè)置二次分離設(shè)施。

根據(jù)處理廠設(shè)施功能不同，段塞流捕集器可設(shè)置成氣液分離和油氣水分離（特別針對(duì)注入防凍劑混輸管線）。液相流量和液位控制需要根據(jù)處理廠裝置處理量和清管周期來(lái)考慮，如果清管周期較為頻繁（比如1次/周），段塞流捕集器液位要在下次段塞到來(lái)前處在正常液位（24 h內(nèi)恢復(fù)到正常操作液位）［5］。當(dāng)段塞流捕集器液位處在正常液位時(shí)，可考慮根據(jù)流量大小控制閥門開(kāi)度，而當(dāng)段塞到來(lái)造成高液位時(shí)，需根據(jù)液位調(diào)節(jié)控制閥開(kāi)度，確保設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于加入防凍劑，需要經(jīng)行MEG回收，特別是冬季防凍劑注入量較大和油氣田后期水量較大工況，除了考慮液位和流量控制外，還要考慮油、水的界面控制。

4 結(jié)論

a）當(dāng)段塞量過(guò)大，設(shè)備布置受限時(shí)，可以考慮2臺(tái)或多臺(tái)段塞量捕集器并列使用。

b）多管式（指式）段塞流捕集器盡量根據(jù)地形坡度安裝，減少鋼結(jié)構(gòu)使用。

c）分離段和收集段坡度不宜過(guò)大，坡度過(guò)大容易形成“液封”。

d）段塞流捕集器平衡管束不宜過(guò)多，設(shè)置過(guò)多平衡管束會(huì)增加液滴夾帶。

e）段塞流捕集器設(shè)計(jì)及制造應(yīng)遵循ASMEB31.8的相關(guān)要求。

f）多管式（指式）段塞流捕集器應(yīng)與管道系統(tǒng)為同一泄放系統(tǒng)。

g）需從設(shè)備性能、經(jīng)濟(jì)性以及項(xiàng)目進(jìn)度等方面綜合考慮，設(shè)計(jì)滿足各種操作工況、自動(dòng)控制以及安全運(yùn)行要求。

［1］王春瑤，朱麗靜.天然氣凝析液混輸管道段塞流的控制措施［J］.天然氣工業(yè)，2008，28（11）：106-107.Wang Chunyao，Zhu Lijing.Measures of Controlling Plug Flow in the Pipeline Transporting Natural Gasand Condensate Fluids［J］.Natural Gas Industry，2008，28（11）：106-107.

［2］楊 勇，杜通林，李曉東，等.新型高效旋流段塞流捕集器優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.天然氣與石油，2011，14（5）：9-10.Yang Yong，Du Tonglin，LiXiaodong，etal.Optim ization Design of New High Efficiency Hydrocyclone Slug Flow Trap ［J］.Natural Gasand Oil，2011，14（5）：9-10.

［3］余 洋，黃 靜，陳 杰.天然氣站場(chǎng)放空系統(tǒng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的解讀及應(yīng)用［J］.天然氣與石油，2011，14（5）：11-14.Yu Yang，Huang Jing，Chen Jie.Interpretation and Application of Standards Relative to Flare Systems in Natural Gas Stations［J］.NaturalGasand Oil，2011，14（5）：11-14.

［4］MoisesA V C，Nicolas F，Repsol YPF.Selection Slug Catcher Type［J］.SPE，April2007（107293）：1-5.

［5］DEP 31.40.10.12-Gen January 2010，Design of Multiple-Pipe Slug Catcher［S］.