三相分離器油相液位自動調(diào)節(jié)設(shè)計與研究

劉朋，王谷宇，楊剛，常小虎

(中石化西北油田分公司 雅克拉采氣廠，新疆 庫車 842017)

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三相分離器油相液位自動調(diào)節(jié)設(shè)計與研究

劉朋，王谷宇，楊剛，常小虎

(中石化西北油田分公司 雅克拉采氣廠，新疆 庫車 842017)

針對集氣處理站自動化程度不高，站內(nèi)三相分離器油相液位不能自動調(diào)節(jié)的缺陷，重點分析了該站存在的隱患問題，并對三相分離器油相液位的自動調(diào)節(jié)進(jìn)行設(shè)計與研究。充分利用DCS的功能，并在現(xiàn)場加裝液位變送器及自控閥，進(jìn)而實現(xiàn)了油相液位的自動調(diào)節(jié)，解決了該站三相分離器液位控制不精準(zhǔn)的源頭問題。

三相分離器油水液位自動調(diào)節(jié)設(shè)計與研究

大澇壩集氣處理站(以下簡稱大站)于2005年9月8日建成投產(chǎn)，設(shè)計處理天然氣2.5×105m3/d，凝析油處理量80kt/a，是中石化西北油田分公司第一座集氣處理站，該套裝置為集油氣分離、凝析油穩(wěn)定、天然氣增壓、天然氣脫汞、透平膨脹機(jī)制冷回收輕烴為一體的綜合型處理裝置。三相分離器作為油氣分離單元實現(xiàn)油氣水初步分離的主要設(shè)備，為后期油氣的進(jìn)一步處理提供了保障，其分離效果及運

行狀況直接影響到下游凝穩(wěn)單元的生產(chǎn)運行。通過對三相分離器液位控制系統(tǒng)的改造實現(xiàn)油水液位實時監(jiān)控，為油氣處理裝置平穩(wěn)運行提供基礎(chǔ)。

1　集輸區(qū)工藝流程

大站集輸區(qū)工藝采用8井式高壓集氣管匯2套，單井計量分離器1座，多井生產(chǎn)分離器2座，對單井進(jìn)行輪井計量，計量周期為2d，站內(nèi)工藝流程如圖1所示。

圖1　大站集輸區(qū)工藝流程示意

各單井氣、液在壓力11.64～11.98MPa，溫度7.51～31.63℃條件下進(jìn)站。經(jīng)換熱升溫到33.7℃再調(diào)壓至6.6MPa，20.7℃。需要計量的單井氣液進(jìn)入計量分離器進(jìn)行油氣分離，其他單井氣液進(jìn)入集氣匯管后進(jìn)入生產(chǎn)分離器，計量分離器分出的氣、液經(jīng)過流量計計量后，與生產(chǎn)分離器分出的氣、液分別匯合。分離后的氣相進(jìn)天然氣處理裝置，分離后的液相進(jìn)入換熱器升溫至58℃，節(jié)流后降壓到0.6MPa，45.3℃進(jìn)三相分離器，三相分離器分出的氣相經(jīng)計量后進(jìn)增壓機(jī)增壓到6.6 MPa，進(jìn)天然氣處理裝置；凝析油經(jīng)計量后進(jìn)穩(wěn)定塔；水經(jīng)計量后進(jìn)污水池，裝車外運。

2　三相分離器

2.1控制原理

三相分離器將原有的脫水、脫氣工藝結(jié)合在一起綜合處理，工藝簡單、投資少、管理和維護(hù)簡單，有利于實現(xiàn)原油處理工藝的密閉。適用于油田原油脫水、脫氣等工藝，既能將含水原油處理為凈化原油，也可用于高含水油田原油的預(yù)脫水工藝，可人為控制出口原油含水率，操作方便簡單。

三相分離器在進(jìn)行氣液分離的同時，還能將原油中的部分水分離出來。三相分離器結(jié)構(gòu)不同，控制方法也不同。分離器的兩種典型控制原理[1]如下：

1) 油氣水混合物進(jìn)入分離器后，進(jìn)口分流器把混合物大致分成氣液兩相，液相進(jìn)入集液部分。集液部分有足夠的體積使自由水沉降至底部形成水層，其上是原油和含有較小水滴的乳狀油層。原油和乳狀油從擋板上面溢出。擋板下游的油相液面由液面控制器操縱出油閥控制在恒定的高度。水從擋板上游的出水口排出，油水界面控制器控制排水閥的開度，使油水界面保持在規(guī)定的高度。分離器的壓力由設(shè)在天然氣管線上的閥門控制。

2) 分離器內(nèi)設(shè)有油池和擋水板。原油自擋油板溢流至油池，油池中油相液面由液面控制器控制的出油閥控制。水從油池下面流過，經(jīng)擋水板流入水室，水室的液面由液面控制器控制的出水閥控制。

大站目前使用的是2套φ2400mm×7500mm×12mm的三相分離器，一備一用。設(shè)計參數(shù)見表1所列，平均處理液量在150m3/d左右。分離器的液位控制原設(shè)計為浮子液面控制閥控制調(diào)節(jié)。

表1　三相分離器設(shè)計參數(shù)

2.2運行概況

由于大澇壩區(qū)塊產(chǎn)水的含鹽量較大，礦化程度較高，其中氯根離子質(zhì)量濃度高達(dá)1.01×105mg/L，總礦化質(zhì)量濃度高達(dá)1.67×105mg/L。在后期生產(chǎn)運行過程中，三相分離器浮子液面控制閥的內(nèi)部浮子及閥桿鹽腐蝕情況嚴(yán)重，在實際的生產(chǎn)模式中早已停用，油水的采出均為人工手動控制，后來對水相采出閥進(jìn)行了改造，現(xiàn)已實現(xiàn)水相的自動采出，但油相液位一直處于手動調(diào)節(jié)狀態(tài)。

2.3存在隱患

針對目前大站三相分離器的油相液位不能自動調(diào)節(jié)的狀況，分析存在如下隱患：

1) 液位控制不精準(zhǔn)。隨著大澇壩區(qū)塊油氣井的開發(fā)，部分單井的產(chǎn)液量也隨之產(chǎn)生波動。單井日進(jìn)站液量的上下波動等，會直接導(dǎo)致進(jìn)入三相分離器液量也產(chǎn)生較大的波動，導(dǎo)致油水液位波動較大，控制不精準(zhǔn)。由于三相分離器油相采出采用手動調(diào)整，采出極不穩(wěn)定，常出現(xiàn)液位下降或上漲過快的現(xiàn)象[2]，是裝置自控控制的瓶頸問題。

2) 現(xiàn)場人員的勞動強(qiáng)度大。當(dāng)中心控制室值班人員發(fā)現(xiàn)分離器出現(xiàn)液位變化過快的現(xiàn)象時，再反饋通知現(xiàn)場人員及時去開關(guān)分離器油相采出控制閥，以實現(xiàn)三相分離器液位的平穩(wěn)，大幅增加了操作人員的勞動強(qiáng)度，費時費力。

3) 影響分離效果。為保證三相分離器良好的分離效果，需要對分離器的液位和壓力進(jìn)行控制，否則必然會影響分離器的分離效果[1]。

4) 瞬時流量波動大影響下游裝置。由于單井日來液量非常大，液位控制采取手動控制，會出現(xiàn)瞬時流量大幅波動，也直接造成了下游凝穩(wěn)單元參數(shù)的波動，影響裝置收率。

3　設(shè)計方案

設(shè)計整體思路： 在三相分離器與油相出口管線上加裝自動調(diào)節(jié)閥，并加裝液位變送器，遠(yuǎn)傳讀取油相實時液位，向中心控制室傳送現(xiàn)場數(shù)據(jù)；同時中心控制室利用IA控制系統(tǒng)的PID控制程序，對反饋的信息做出反應(yīng)，發(fā)出指令，進(jìn)而控制現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥，達(dá)到由液位控制調(diào)節(jié)油相采出量的目的，最終實現(xiàn)對三相分離器油相液位的自動調(diào)節(jié)[3]。自控流程如圖2所示。

圖2　自控流程示意

4　實施效果

改造實現(xiàn)后，差壓液位變送器檢測到三相分離器的液位產(chǎn)生波動后，就會反饋給中心控制室操作站，將三相分離器的油相液位測定值與設(shè)定值進(jìn)行比較，調(diào)節(jié)器輸出調(diào)節(jié)閥的開度，調(diào)整油相液位始終與設(shè)定值相吻合，實現(xiàn)油相液位的自動控制。

5　結(jié)束語

對大站三相分離器油相液位控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，優(yōu)化升級，實現(xiàn)了三相分離器液位的自動控制調(diào)節(jié)，簡化了工藝操作，既降低了現(xiàn)場人員的勞動強(qiáng)度，又有效避免了由于液位控制不精準(zhǔn)導(dǎo)致的分

離效果差的問題，同時穩(wěn)定了下游裝置的生產(chǎn)運行。

[1]郭長會.淺談分離器液面和壓力的控制[J].油氣田地面工程，1999，18(06)： 51-53.

[2]邵長，新胡靜.分離器壓力與液位自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2005，21(07)： 21-22.

[3]孫少軍.分離器液位控制技術(shù)改進(jìn)[J].河南化工，2003(07)： 41.

[4]王建，黃顯德，張宇.三相分離器自動控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].甘肅科技，2013，13(06)： 52-54.

[5]楊利波，李強(qiáng)，蔡保良.野山聯(lián)合站三相分離器的改造[J].河南化工，2011，28(06)： 44-45.

[6]夏麗東，榮紅杰，于東燕.三相分離器操作之壓力控制[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012，14(06)： 59.

劉朋(1989—)，男，2012年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣儲運專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)工作于中石化西北油田分公司雅克拉采氣廠，從事油氣集輸管理、地面工程建設(shè)、防腐節(jié)能等方面的工作，任助理工程師。

創(chuàng)新與實踐

TE931

B

1007-7324(2016)04-0063-02

稿件收到日期： 2016-02-19，修改稿收到日期： 2016-05-30。