天然氣集氣一體化集成裝置的研制與應(yīng)用

朱天壽 王登海 石萬(wàn)里 劉 劉銀春 鄭欣 張磊

（1.長(zhǎng)慶油田分公司；2.西安長(zhǎng)慶科技工程有限責(zé)任公司；3.長(zhǎng)慶油田分公司第五采氣廠）

在長(zhǎng)慶油氣田“實(shí)現(xiàn)油氣當(dāng)量 5 000×10t4/a、建設(shè)西部大慶”發(fā)展進(jìn)程中，大規(guī)模的油氣田產(chǎn)能建設(shè)面臨著有效建設(shè)時(shí)間短、投資控制難度大、管理區(qū)域廣等實(shí)際問(wèn)題。面對(duì)新的形勢(shì)和要求，長(zhǎng)慶油田分公司堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的深化應(yīng)用、集成創(chuàng)新，研發(fā)了一批先進(jìn)、實(shí)用、安全、可靠的一體化集成裝置，其中天然氣集氣一體化集成裝置是長(zhǎng)慶氣田地面系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新成果，是致密氣藏開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵設(shè)備，該裝置具有進(jìn)站緊急截?cái)?、干管遠(yuǎn)程放空、氣液分離、流程切換、外輸計(jì)量、自用氣供給、閃蒸、放空分液、自動(dòng)排液和清管等功能［1］，可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行、遠(yuǎn)程關(guān)斷、自動(dòng)排液、安全放空、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及智能報(bào)警，滿足氣田數(shù)字化、智能化、遠(yuǎn)程操作的管理要求，達(dá)到了加快氣田地面建設(shè)速度、節(jié)約用地、節(jié)省投資、降低安全風(fēng)險(xiǎn)的目的［2］。

1 裝置組成

通過(guò)對(duì)蘇里格氣田數(shù)字化集氣站的生產(chǎn)流程和運(yùn)行管理進(jìn)行深入分析，將數(shù)字化集氣站的進(jìn)站區(qū)、分離器區(qū)、閃蒸罐區(qū)、分液罐區(qū)、自用氣區(qū)、外輸計(jì)量區(qū) 6個(gè)工藝區(qū)中的 4個(gè)壓力容器（氣液分離器、閃蒸罐、分液罐、自用氣分離器）、61臺(tái)各類閥門、230個(gè)各類管件等工藝設(shè)備及儀表智能控制系統(tǒng)、電氣設(shè)備等集成并組合成橇，形成天然氣集氣一體化集成裝置。該裝置適用于中低壓、非酸性集氣站場(chǎng)，能夠代替氣田常規(guī)非增壓集氣站。

1.1 主要參數(shù)

處理介質(zhì)為非酸性原料天然氣；設(shè)計(jì)壓力為4.0MPa；運(yùn)行壓力為 1.0～3.5MPa；處理規(guī)模為 50×104m3/d；液氣比為 0.3～1m3/104m3；自用氣量為960m3/d；外形尺寸為 18.5m（長(zhǎng)）×2.6m（寬）×4.2m（高）；裝置重量為24.3t。

1.2 工藝流程

天然氣集氣一體化集成裝置內(nèi)包括天然氣、放空、排液和自用氣4項(xiàng)流程，見(jiàn)圖1。

1.2.1 天然氣流程

采氣干管來(lái)氣通過(guò)三通閥接入裝置，經(jīng)分離閃蒸罐的分離腔，中壓工況時(shí)經(jīng)氣液分離后計(jì)量外輸；低壓工況時(shí)經(jīng)去壓縮機(jī)接口去壓縮機(jī)增壓，增壓氣通過(guò)壓縮機(jī)來(lái)氣接口接入裝置，計(jì)量后外輸。

圖1 天然氣集氣一體化集成裝置流程

1.2.2 放空流程

采氣干管來(lái)氣經(jīng)三通閥進(jìn)入裝置內(nèi)的放空總管，分離閃蒸罐的分離腔的安全閥及遠(yuǎn)程放空接入放空總管，放空總管設(shè)置壓縮機(jī)的放空接入口。放空總管接入分離閃蒸罐的閃蒸分液腔，經(jīng)分液后放空氣接入站外的放空火炬。

1.2.3 排液流程

分離閃蒸罐分離腔設(shè)有兩路并聯(lián)的自動(dòng)排液流程，一路為自動(dòng)排液閥；另一路為電動(dòng)球閥＋電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。

正常排液流程：分離閃蒸罐分離腔分離出的采出水通過(guò)自動(dòng)排液閥接入排液總管后排入分離閃蒸罐的閃蒸分液腔，經(jīng)閃蒸后通過(guò)自動(dòng)排液閥排至站內(nèi)設(shè)置的采出水儲(chǔ)罐中，定期拉運(yùn)。排液總管設(shè)置壓縮機(jī)的排液接入口。

應(yīng)急排液流程：當(dāng)出現(xiàn)段塞流等分離液量較大的工況時(shí)，分離腔液位計(jì)檢測(cè)到高高液位，啟動(dòng)應(yīng)急排液流程，即，開(kāi)啟電動(dòng)球閥及電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度與液位連鎖，確保分離腔的液體及時(shí)排出，保障分離腔的分離效率；電動(dòng)調(diào)節(jié)閥與閃蒸分液腔的液體出口相連，直接接入采出水儲(chǔ)罐中，避免大量液體短時(shí)間進(jìn)入閃蒸分液腔而影響放空分液的效果。

1.2.4 自用氣流程

自用氣經(jīng)自用氣分離器進(jìn)行二次氣液分離、調(diào)壓后向放空火炬、發(fā)電機(jī)等用氣點(diǎn)供氣。自用氣共有兩個(gè)氣源，主供氣源引接自分離閃蒸罐分離腔出口；備用氣源引接自計(jì)量后的集氣管道。當(dāng)站內(nèi)檢修時(shí)，由備用氣源供氣。

2 主要功能

2.1 進(jìn)站緊急截?cái)?/h3>

進(jìn)集氣站的進(jìn)站緊急截?cái)嘤裳b置的三通閥完成，三通閥有截?cái)唷⑸a(chǎn)、放空3個(gè)狀態(tài)；三通閥接入控制系統(tǒng)，當(dāng)站場(chǎng)出現(xiàn)事故或采氣管線泄漏等緊急工況下，可遠(yuǎn)程將三通閥開(kāi)啟到截?cái)酄顟B(tài)，即可實(shí)現(xiàn)進(jìn)站緊急截?cái)唷?/p>

2.2 干管遠(yuǎn)程放空

當(dāng)檢測(cè)到干管超壓、泄漏等需要干管緊急放空時(shí)，只需遠(yuǎn)程將三通閥調(diào)整至放空狀態(tài)，即可實(shí)現(xiàn)干管氣體遠(yuǎn)程放空。

2.3 氣液分離

裝置設(shè)有設(shè)計(jì)壓力 4MPa、公稱直徑 1 000mm分離閃蒸罐1具，該罐由分離腔和閃蒸分液腔組成。分離腔同時(shí)具有重力分離、旋流分離、過(guò)濾分離 3種分離功能，滿足在中壓或低壓時(shí)對(duì)原料氣的處理量和處理精度的要求。

2.4 流程切換

根據(jù)集氣站流程，裝置在分離閃蒸罐下游設(shè)置一進(jìn)兩出和兩進(jìn)一出電動(dòng)三通閥各1臺(tái)，實(shí)現(xiàn)原料氣進(jìn)壓縮機(jī)的流程切換；實(shí)現(xiàn)站內(nèi)中低壓流程的切換。

2.5 外輸計(jì)量

裝置設(shè)孔板流量計(jì)1套，實(shí)現(xiàn)對(duì)外輸氣量的計(jì)量。

2.6 自用氣供給

裝置設(shè)自用氣調(diào)節(jié)閥，為放空火炬和燃?xì)獍l(fā)電機(jī)供氣。燃料氣一路從孔板流量計(jì)下游引接；預(yù)留一路接口從壓縮機(jī)出口引接，以提高供氣可靠性。

2.7 閃蒸

分離閃蒸罐分離腔分離的采出水，經(jīng)過(guò)自動(dòng)排液閥直接進(jìn)入分離閃蒸罐的閃蒸分液腔內(nèi)，經(jīng)閃蒸后的采出水排入站內(nèi)的儲(chǔ)罐。

2.8 放空分液

放空總管來(lái)氣接入分離閃蒸罐的閃蒸分液腔，經(jīng)分液后通過(guò)水封筒排入放空火炬。放空總管預(yù)留其他區(qū)域放空管線的接入口。

2.9 自動(dòng)排液

分離閃蒸罐的分離腔采用自動(dòng)排液閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥相結(jié)合的雙自動(dòng)排液流程，正常情況下由自動(dòng)排液閥排液，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉；當(dāng)出現(xiàn)自動(dòng)排液閥堵塞或段塞流工況時(shí)，自動(dòng)切換到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥排液流程，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)、快速、可控排液。

2.10 清管

設(shè)清管裝置（閥）1套，滿足對(duì)集氣管線清管的需求。清管閥的規(guī)格可根據(jù)站場(chǎng)的實(shí)際工況設(shè)置。

3 裝置特點(diǎn)

3.1 集成設(shè)備提高裝置成橇水平

3.1.1 裝置采用三通閥減少閥門數(shù)量

三通閥閥體有3個(gè)接口，通過(guò)調(diào)整閥芯位置使閥門截?cái)嗷蛘哌B通，實(shí)現(xiàn)流程的切換，將常規(guī)切換流程的兩個(gè)閥門簡(jiǎn)化為一個(gè)閥。三通閥根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可分為一進(jìn)兩出（分流閥）或者兩進(jìn)一出（合流閥）。

裝置共采用12個(gè)三通閥，其中設(shè)計(jì)壓力4MPa、公稱直徑80mm分流閥10個(gè)；設(shè)計(jì)壓力4MPa、公稱直徑200mm分流閥及合流閥各1個(gè)，代替24個(gè)常規(guī)球閥和節(jié)流截止閥，減少閥門12個(gè)。

3.1.2 多功能、高效分離閃蒸罐減少裝置長(zhǎng)度

分離閃蒸罐是根據(jù)裝置需求研發(fā)的新型組合設(shè)備，其規(guī)格為設(shè)計(jì)壓力4MPa、公稱直徑1 000mm、長(zhǎng)度8.5m，與常規(guī)的分離器＋閃蒸分液罐的方式進(jìn)行安裝，裝置長(zhǎng)度減少2.7m，有效地減少裝置上的設(shè)備，降低投資，縮短裝置長(zhǎng)度，減少占地。

分離分為分離腔和閃蒸分液腔，中間用擋板隔離，分離腔具有重力分離、旋流分離、過(guò)濾分離 3種分離功能，體積小、效率高；閃蒸分液腔采用雙筒結(jié)構(gòu)，可以避免分離出的液體被二次帶入氣體，上筒體設(shè)置導(dǎo)流板、擋板、捕霧器，以提高放空氣體的分離效率。

3.1.3 裝置內(nèi)集成配電箱、儀表接線箱

裝置內(nèi)設(shè)置配電箱和儀表接線箱，6路電纜配出38路，減少電纜敷設(shè)32路，既減少了電纜長(zhǎng)度和敷設(shè)工程量，又提高了裝置集成度，減少現(xiàn)場(chǎng)安裝，保證裝置美觀。

3.2 定型設(shè)備提高安裝質(zhì)量

裝置設(shè)計(jì)充分遵循標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的統(tǒng)一工藝流程、統(tǒng)一平面布局、統(tǒng)一建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一模塊劃分、統(tǒng)一設(shè)備選型、統(tǒng)一三維配管的設(shè)計(jì)理念，設(shè)備、閥門、管件等設(shè)計(jì)參數(shù)、功能、尺寸、接口要求等均按照長(zhǎng)慶油田分公司“定型定價(jià)”、“管理數(shù)字化”相關(guān)文件執(zhí)行，既保證了裝置的運(yùn)行可靠性，又方便采購(gòu)、安裝、更換、維護(hù)。

3.3 裝置分開(kāi)布置方便組裝及拉運(yùn)

將裝置的集氣部分和分離部分分開(kāi)布置，單獨(dú)成橇，現(xiàn)場(chǎng)組裝，既減小裝置的體積，又方便拉運(yùn)和安裝。

4 實(shí)施效果

裝置已在蘇里格氣田推廣運(yùn)行5臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了由零件標(biāo)準(zhǔn)化向產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的轉(zhuǎn)變，推進(jìn)了氣田智能化進(jìn)程。

一是，施工周期。裝置全部在車間完成，既保證了焊接質(zhì)量，又避免天氣對(duì)施工的影響，集氣站施工周期可縮短15天。

二是，站場(chǎng)投資。規(guī)模化運(yùn)用后，投資降低將超過(guò)10%。

三是，征地面積。征地面積較數(shù)字化集氣站減少超過(guò)30%，采用一體化集成裝置，實(shí)現(xiàn)了站場(chǎng)橇裝化建設(shè)，優(yōu)化了站場(chǎng)布局，100×104m3/d數(shù)字化集氣站占地面積由4 333m2減少到2 800m2。

四是，外觀質(zhì)量。裝置布局合理，電儀電纜規(guī)范安裝，整體美觀，操作方便。

五是，裝備制造。進(jìn)一步深化了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化、橇裝化、集成化、一體化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。

天然氣集氣一體化集成裝置在長(zhǎng)慶氣田大規(guī)模建設(shè)中彰顯出它的優(yōu)勢(shì)，在優(yōu)化工藝、加快建設(shè)進(jìn)度、節(jié)約投資、降低能耗、減少占地、減員增效等方面，取得了顯著的成效。

[1] 朱天壽,劉祎,周玉英,等.蘇里格氣田數(shù)字化集氣站建設(shè)管理模式[J].天然氣工業(yè),2011,31(2): 9-11.

[2] 王登海,楊光,楊學(xué)青,等.蘇里格氣田橇裝設(shè)備的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].天然氣工業(yè),2007,27(12): 126-127.