降低氣液分離集成裝置攜液率現(xiàn)場試驗研究及應(yīng)用

郭 剛，王昌堯，王 璐

西安長慶科技工程有限責(zé)任公司，陜西西安 710018

0 引言

油氣分離是油氣集輸工藝的重要環(huán)節(jié)之一，氣液分離器和伴生氣分液器是油田產(chǎn)能建設(shè)中最常用設(shè)備，占站場投資的比重較大。2009年以前，長慶油田主要采用氣液分離器+伴生氣分液器的老式工藝流程。2009年在推進項目標(biāo)準(zhǔn)化進程中，通過橇裝一體化研究，將氣液分離器、伴生氣分液器進行組合，并根據(jù)提高分離效率的需求增加了空冷器，形成了集氣液分離器+空冷器+伴生氣分液器為一體的氣液分離集成裝置，見圖1、圖2。該裝置具有占地面積小，施工費用低，可燃?xì)怏w揮發(fā)量少，可脫除氣體中的凝液，并可減少下游管路凝液產(chǎn)生等多重優(yōu)點。

1 現(xiàn)場運行情況

圖1 氣液分離集成裝置工藝演變示意

圖2 氣液分離集成裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

氣液分離集成裝置廣泛應(yīng)用于長慶油田中小型站場，但生產(chǎn)運行過程中發(fā)現(xiàn)氣液分離效果差，導(dǎo)致氣體管路積液、凍堵，加熱爐火嘴液堵。通過對莊12增等3座集輸站場氣液分離集成裝置的現(xiàn)場調(diào)研與運行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)2010年10月至2012年1月共發(fā)生集成裝置氣體管路堵塞7次、加熱爐調(diào)壓閥堵塞14次、加熱爐火焰熄滅3次（見表1），導(dǎo)致現(xiàn)場操作員工頻繁排堵，重燃加熱爐，站場外輸流程停止，給生產(chǎn)運行造成極大的困難。

表1 現(xiàn)場故障統(tǒng)計

1.1 氣液分離集成裝置現(xiàn)場運行參數(shù)及攜液率統(tǒng)計

根據(jù)現(xiàn)場實際運行情況，分別從鎮(zhèn)六轉(zhuǎn)、莊12增、莊13增集輸站場采集現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)進行分析，見表2。從它們的氣液分離集成裝置運行參數(shù)可知，氣液分離集成裝置的攜液率均在10%以上，無法滿足加熱爐供氣要求。

表2 氣液分離集成裝置攜液率調(diào)查

1.2 老式工藝流程增壓點攜液率現(xiàn)場運行參數(shù)調(diào)查

為驗證是否為老式工藝流程（即氣液分離器+伴生氣分液器）自身不合理導(dǎo)致氣液分離集成裝置處理效果不達(dá)標(biāo)，本文選擇采用老式工藝流程的6座增壓點進行調(diào)查，結(jié)果如表3所示。

表3 6座增壓點的老式工藝流程攜液率與故障次數(shù)分析統(tǒng)計/次

從現(xiàn)場運行參數(shù)可知：

（1）老式工藝流程增壓點故障率遠(yuǎn)低于氣液分離集成裝置增壓點故障率。

（2）當(dāng)攜液率低于2%時，故障次數(shù)僅為1次，完全滿足現(xiàn)場實際生產(chǎn)需求。

1.3 氣液分離器、空冷器、伴生氣分液器獨立運行的現(xiàn)場參數(shù)統(tǒng)計

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，老式工藝流程滿足生產(chǎn)需求，而氣液分離集成裝置攜液率高導(dǎo)致故障頻繁，為確認(rèn)氣液分離集成裝置是否為受空冷器影響導(dǎo)致攜液率高，選擇了氣液分離器、空冷器、伴生氣分液器3個設(shè)備獨立運行的站場進行調(diào)查，統(tǒng)計結(jié)果見表4。

表4 氣液分離器、空冷器、伴生氣分液器獨立運行效果調(diào)查

氣液分離器、空冷器、伴生氣分液器獨立運行的3座站場攜液率均低于2%，故障次數(shù)為零。表明老式工藝流程氣液分離器+伴生氣分液器在增加空冷器空冷工藝環(huán)節(jié)后，進一步提高了分離效果，降低了故障率。因此，從現(xiàn)場調(diào)查的結(jié)果分析，新建站場中導(dǎo)致伴生氣攜液率高的主要原因在于氣液分離集成裝置自身的分離效果較差，與選擇的氣液分離工藝和單臺設(shè)備的分離效果無關(guān)。

2 分析與改進

針對氣液分離集成裝置伴生氣攜液率較高這一問題，采用了關(guān)聯(lián)圖進行原因分析，找出了影響裝置運行效果的末端因素，見圖3。

圖3 原因分析關(guān)聯(lián)圖

分析認(rèn)為，氣液分離器、空冷器、伴生氣分液器獨立運行和氣液分離集成裝置所應(yīng)用的站場在外部環(huán)境因素與操作管理水平上基本相同，可排除這兩方面因素。而裝置采用橇裝一體化方式集成，其組合構(gòu)建的結(jié)構(gòu)即氣液分離器、伴生氣分液器、空冷器均未發(fā)生變化，因此，可排除裝置單體設(shè)計中的氣液分離空間不足、弦絲捕霧器效果差兩個因素。本文對工藝配管中存在局部短路和積液點2個主要影響因素進行了分析和改進。

2.1 工藝配管局部短路分析與改進

2.1.1 工藝分析

氣液分離集成裝置內(nèi)工藝流程見圖4。

圖4 氣液分離集成裝置內(nèi)工藝流程

假設(shè)氣液分離器運行壓力為P1，空冷器摩阻為ΔP2，氣體管路摩阻為ΔP3，伴生氣分液器運行壓力P4，則裝置正常運行時：

若裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)短路，即當(dāng)P1=P4時，則氣相不經(jīng)過空冷器和氣體管路直接進入伴生氣分液器，從而影響分離效果，見圖5。

圖5 氣液分離集成裝置的壓力平衡示意

分析氣液分離集成裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以發(fā)現(xiàn)凝液回流口裸露于氣液分離器上部空間，且氣液平衡管聯(lián)通氣液分離器和伴生氣分液器，這直接導(dǎo)致氣液分離器和伴生氣分液器短路，使P1=P4，伴生氣無法經(jīng)過弦絲捕霧器、空冷器和氣體管路，進而導(dǎo)致氣液分離集成裝置攜液率高。

2.1.2 改進方法

通過對氣液分離集成裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析，得知是氣液平衡管導(dǎo)致氣液分離器壓力P1與伴生氣分液器壓力P4相同，使裝置工藝流程短路，分液包凝液回流管未能有效阻止氣相通過此管串至分液包。因此，需取消氣液平衡管，將回流管加長至分離器罐體氣液分界面之下。但由于加長回流管長度至液面下后會出現(xiàn)在特殊情況下液體經(jīng)過回流管進入分液包，直至氣相總出口，而此情況的發(fā)生伴隨著分離器罐體內(nèi)部壓力的不斷增大過程，因此在分液包內(nèi)設(shè)置液位檢測器很有必要。

（1）延長排液管，分液包增設(shè)液位檢測器。根據(jù)氣液分離集成裝置的運行控制界面，分離緩沖部分的最低液位為低液位報警界面，當(dāng)液位低于低液位報警界面時，裝置將暫時關(guān)閉，確保液位升高至合理液位。優(yōu)化設(shè)計將凝液回流口排液管底端延長至低液位報警界面下，較原排液管伸長1.1m，防止裝置內(nèi)部短路。分液包中部設(shè)置音叉液位檢測器，分離器罐體設(shè)置安全閥。原設(shè)計和重新設(shè)計的排液管如圖2、圖6所示。

圖6 氣液分離集成裝置的內(nèi)部改造結(jié)構(gòu)

（2）取消氣液平衡管。原集成裝置設(shè)計氣液平衡管，該管直接導(dǎo)致氣液分離器與伴生氣分液器進液口聯(lián)通，進而使裝置內(nèi)部短路，取消該平衡管后，可解決以上問題。

2.2 工藝配管存在積液點分析與改進

2.2.1 工藝分析

氣體管路是氣體流通的重要通道，若存在積液空間，將導(dǎo)致空冷器和伴生氣分液器分離出的凝液聚集，這有可能堵塞氣體通道，冬季環(huán)境氣溫低時甚至?xí)龆鹿艿?，完全阻塞氣體的流通。經(jīng)分析，原氣液分離集成裝置氣體管路存在Z字型彎，導(dǎo)致了伴生氣凝液的聚集，進而堵塞了氣體通道，見圖2氣體管路的工藝配管。

2.2.2 改進方法

原工藝配管的空冷器出口管路低于分液包進口位置，為利于空冷器凝液及時流向分液包，選擇提高空冷器安裝高度，使出口管段至分液包形成一定的坡度，經(jīng)計算將空冷器在原位置的基礎(chǔ)上提高，可使出口管段形成0.5%的向下坡度并消除Z字型彎，更加利于凝液回流，防止凝液聚集，進而避免氣體管路堵塞和冬季凍堵。

3 現(xiàn)場效果驗證

為驗證改進后氣液分離集成裝置是否實現(xiàn)了提高分離效率的目的，對2012年建設(shè)的氣液分離集成裝置進行了跟蹤調(diào)查。

超低滲第一項目部莊12增、莊13增及超低滲第四項目部鎮(zhèn)六轉(zhuǎn)應(yīng)用了改進后的氣液分離集成裝置3套，分別于2012年8月至11月建成投產(chǎn)，投產(chǎn)后駐現(xiàn)場設(shè)計人員查看了分離器出口至加熱爐火口處點燃前放空試驗，火口處未見明顯液體，經(jīng)過點火燃燒火焰情況良好，未出現(xiàn)經(jīng)常自熄的現(xiàn)象。對氣體外輸處經(jīng)過檢測，氣體含液量較低，達(dá)到了預(yù)定目的，見表5。

表5 氣液分離集成裝置改進前后效果檢查

4 效益分析

氣液分離集成裝置經(jīng)過優(yōu)化后分液效率提升明顯，加熱爐未出現(xiàn)火焰自動熄滅現(xiàn)象，有效地保證了正常的生產(chǎn)運行，減少了停產(chǎn)損失。初步預(yù)計為莊12增、莊13增、鎮(zhèn)六轉(zhuǎn)節(jié)約費用10～50萬元。