集氣站放空工藝方案選擇

集氣站放空工藝方案選擇

1壓力下氣井目前，大部分收集氣站采用設(shè)計(jì)初期安裝的氣罐，將釋放天然氣通過(guò)氣罐中的初步氣罐分離，然后進(jìn)入火炬進(jìn)行燃燒和處理，以實(shí)現(xiàn)天然氣的釋放。集氣站內(nèi)放空作業(yè)有以下三種情況:實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,當(dāng)集氣站設(shè)備出現(xiàn)超壓,系統(tǒng)壓力高于安全閥設(shè)置壓力時(shí),設(shè)備或管線上的安全閥將自動(dòng)開(kāi)啟進(jìn)行泄壓;冬季生產(chǎn)過(guò)程中,由于氣井壓力高、環(huán)境溫度低,采氣管線極易出現(xiàn)水合物凍堵現(xiàn)象,此時(shí)采取放空作業(yè)降低采氣管線內(nèi)壓力以解除凍堵;另外,部分氣井隨著生產(chǎn)周期的延長(zhǎng),氣井能力降低,難以將井筒內(nèi)積液帶出,通過(guò)站內(nèi)放空帶液確保氣井正常生產(chǎn)。集氣站生產(chǎn)流程(見(jiàn)圖1)。集氣站內(nèi)放空分液罐容積為1.35m集氣站放空作業(yè)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制放空速度,放空天然氣先經(jīng)過(guò)放空分液罐進(jìn)行重力沉降氣液分離、絲網(wǎng)捕霧器攔截和聚集,分離后的天然氣中水含量極低。生產(chǎn)實(shí)際情況表明,采用放空分液罐和直筒火炬能夠滿足氣田開(kāi)發(fā)初期集氣站放空作業(yè)。2氣井生產(chǎn)狀況變化隨著靖邊氣田天然氣深入開(kāi)發(fā),氣井產(chǎn)水量逐年增多。同時(shí)泡沫排水采氣等輔助增產(chǎn)工藝,使得氣井產(chǎn)水波動(dòng)較大。在日常生產(chǎn)放空作業(yè)時(shí),由于放空速度過(guò)快,同時(shí)氣井產(chǎn)水量不穩(wěn)定,經(jīng)常出現(xiàn)氣水分離不充分情況。高速氣流攜帶部分油水混合物由火炬筒噴出,天然氣由母火引燃,氣田采出水散落在火炬筒周圍,污染周邊環(huán)境。出現(xiàn)火炬放空污染原因主要是氣井生產(chǎn)狀況發(fā)生變化,同時(shí)現(xiàn)有放空系統(tǒng)已不能適應(yīng)氣井生產(chǎn)狀況變化對(duì)配套工藝的要求。具體分析如下。2.1井伴液能力下降氣田開(kāi)發(fā)初期,氣井能量充沛,產(chǎn)水較少,隨著氣田開(kāi)發(fā)的不斷深入,氣井產(chǎn)水量不斷增大,部分氣井?dāng)y液能力降低,需加注起泡劑助排生產(chǎn),產(chǎn)水很不穩(wěn)定,從而增大了操作難度,給放空系統(tǒng)正常運(yùn)行帶來(lái)很大的壓力?，F(xiàn)對(duì)A集氣站生產(chǎn)氣井產(chǎn)水變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。從A集氣站所轄氣井生產(chǎn)曲線可知,開(kāi)發(fā)初期呈現(xiàn)出壓力高、產(chǎn)氣量大、產(chǎn)水較少等特點(diǎn),隨著產(chǎn)氣量及地層壓力的降低,氣井?dāng)y帶游離水量增大,其中42.2放空天然氣放空分離現(xiàn)有放空系統(tǒng)核心分離設(shè)備為放空分液罐。放空分液罐為主要油水分離設(shè)備,根據(jù)氣液密度差異,采用重力沉降方式達(dá)到氣液分離的目的。液滴在隨氣流水平方向的速度u運(yùn)動(dòng)的同時(shí),在重力作用下以沉降速度ut向下沉降。在水平速度u不變的情況下,液滴粒徑越大,沉降速度影響越大,受水平速度影響越少,逾先分離。以氣井進(jìn)站壓力6.4MPa為例,說(shuō)明放空天然氣放空分離情況。當(dāng)氣井進(jìn)行放空解堵作業(yè)時(shí),6.4MPa高壓原料氣經(jīng)過(guò)節(jié)流閥節(jié)流后瞬時(shí)流速可達(dá)370m/s。在高速流體的作用下,原料氣中含有的游離水被拉拽成細(xì)小液體,形成氣霧混合流?；旌虾罅黧w在經(jīng)過(guò)放空分液罐時(shí),一方面,由于節(jié)流元件的霧化作用,使得分離器中的液滴粒徑變小,受水平流速u的影響較大,受沉降流速ut影響變小,液滴通過(guò)分離器的時(shí)間變短,部分液滴來(lái)不及分離便被帶出分液罐。另一方面,由于流體在順壓力梯度下流動(dòng),受到出口向上氣流拉拽作用,干擾了部分液滴向下沉降運(yùn)動(dòng),被帶出分液罐。另外,放空分液罐的絲網(wǎng)捕霧器是由f0.25mm的1Cr18NiTi不銹鋼絲手工纏繞制成,根據(jù)相關(guān)的腐蝕研究資料表明,當(dāng)溶液中的H同時(shí),由于放空火炬僅為φ159×8的立管,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,不具備氣液分離能力,若放空作業(yè)操作速度過(guò)快,高速氣流攜帶游離水進(jìn)入火炬立管的機(jī)率增大,將影響火炬的正常燃燒,輕則污染周邊環(huán)境,重則導(dǎo)致含硫化氫天然氣擴(kuò)散危急居民安全。因此,放空分液罐和直筒火炬無(wú)法滿足生產(chǎn)放空作業(yè)需求,需對(duì)放空系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)以滿足放空作業(yè)需求,消除放空系統(tǒng)缺陷造成的安全隱患。3集氣站遠(yuǎn)程系統(tǒng)的改造3.1液罐及罐體分離為減少放空過(guò)程中天然氣攜帶游離水情況,消除氣體流速控制不當(dāng)導(dǎo)致游離水進(jìn)入放空火炬帶來(lái)的安全隱患,近年來(lái),新建集氣站均采用雙筒式閃蒸分液罐,放空天然氣中攜帶的游離水沉積在積液包中,利用電動(dòng)球閥控制閃蒸分液罐液位,進(jìn)而很大程度上減少了放空氣體攜帶游離水情況。雙筒式閃蒸分液罐具體結(jié)構(gòu)示意(見(jiàn)圖4)。放空氣體從氣進(jìn)口進(jìn)入,在導(dǎo)流板的作用下,氣流作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),氣體中的液滴向管壁聚結(jié),并隨氣流一起向下進(jìn)入罐體內(nèi)的折流板中,折流板進(jìn)一步吸收液滴的動(dòng)能,減少液滴的反彈和霧化,最后向下積聚在罐體的底部積液包中。溶解有可燃?xì)怏w組份的凝液在閃蒸分液罐內(nèi)實(shí)現(xiàn)氣液分離過(guò)程;分離出的液相經(jīng)排液口排出;氣相則進(jìn)入旋流管,沿螺旋隔板作強(qiáng)制旋流運(yùn)動(dòng)。由于強(qiáng)制的反復(fù)的旋流運(yùn)動(dòng),氣體中的液滴在離心力作用下向旋流管內(nèi)壁聚結(jié),小液滴聚集成大液滴,氣量較小時(shí),向下沉降進(jìn)入罐體1的底部;氣量較大時(shí),這些聚集的大液滴,會(huì)隨氣流向上運(yùn)動(dòng),進(jìn)入固定閥罩,由于流通截面的擴(kuò)大,流速降低,向下沉降落入水封液中,補(bǔ)充水封液。進(jìn)入固定閥罩的氣流,通過(guò)固定閥罩和浮動(dòng)閥罩之間狹小的環(huán)形縫隙,進(jìn)入其頂部的封閉空間內(nèi),使封閉空間內(nèi)的壓力升高,當(dāng)壓力產(chǎn)生的向上作用力大于浮動(dòng)閥罩的重量時(shí),浮動(dòng)閥罩向上運(yùn)動(dòng),向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,封閉空間的容積不斷擴(kuò)大,減緩了向上運(yùn)動(dòng)的速度,隨著氣體流量的增加,浮動(dòng)閥罩不斷的向上移動(dòng),直至固定閥罩上面的通氣孔被打開(kāi),氣體經(jīng)水封液上面的通氣孔從出氣口流出;氣體流量變化時(shí),通氣孔的開(kāi)度隨著變化,此時(shí)浮動(dòng)閥罩內(nèi)外的壓差產(chǎn)生的向上作用力,正好等于浮動(dòng)閥罩向下的重力,浮動(dòng)閥罩受力平衡,通氣孔處于一定的開(kāi)度。氣體經(jīng)水封液上面外環(huán)空間通過(guò)時(shí),部分較大的液滴或霧狀液滴在慣性和離心力作用下,沖向吸收吸附層,吸收吸附層可以有效地吸收液滴的動(dòng)能,避免液滴的反彈和霧化,使液滴吸附于吸收吸附層上面,并向下流入水封液中,水封液超過(guò)一定量時(shí),經(jīng)回流管流入罐體1的底部。若不進(jìn)行放空和閃蒸作業(yè)時(shí),罐體1內(nèi)的氣量減少,氣壓降低,浮動(dòng)閥罩依靠重力向下運(yùn)動(dòng),支撐于支承板上,其下端沉沒(méi)于水封液中,罐體處于水封狀態(tài),通過(guò)以上過(guò)程就完成了閃蒸、分液和水封阻火的作用功能。雙筒式閃蒸分液罐具有集凝液閃蒸、可燃?xì)怏w分液、氣體阻火的水封功能于一體的優(yōu)點(diǎn),它節(jié)省材料,占用場(chǎng)地面積小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低,利用率高。在通常情況下罐體壓力為常壓,只有在集氣站進(jìn)行放空作業(yè)或者在分離器排液過(guò)程中才承壓存液,設(shè)備本體上安全閥的起跳壓力設(shè)定為2.5MPa,有效地保證了設(shè)備安全運(yùn)行。3.2旋風(fēng)式放空分液火炬的工作原理為解決直筒火炬放空過(guò)程中攜帶液體嚴(yán)重的問(wèn)題,經(jīng)調(diào)研論證,選用旋風(fēng)式氣液分離型火炬代替原有直筒火炬。改型火炬的本體是由漸縮的筒體組成,放空天然氣沿底部直徑最大的筒體切向進(jìn)入火炬內(nèi)部,切向進(jìn)入的天然氣受筒體器壁的約束由上向下作螺旋運(yùn)動(dòng),由于水滴和天然氣的密度差,導(dǎo)致游離水向心力大于氣體的向心力,水滴的質(zhì)量越大,向心力作用效果越明顯,從而實(shí)現(xiàn)氣體和水分的進(jìn)一步分離,分離后的氣體由頂部排出,由母火引燃。同時(shí),放空時(shí)打開(kāi)火炬底部排污閥門及時(shí)排放分離出的污水,避免了積水過(guò)多導(dǎo)致天然氣攜帶水對(duì)火炬燃燒的不利影響。RH-II型火炬結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖5)。旋風(fēng)式放空分液火炬核心設(shè)備為旋風(fēng)分離器,放空天然氣在旋風(fēng)分離器內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況(見(jiàn)圖6)。分離因數(shù)KC是反映旋風(fēng)分離器的重要指標(biāo),它表示離心沉降速度與重力沉降比值,分離因素表示如下:其中u4火炬放空系統(tǒng)對(duì)比為了評(píng)價(jià)集氣站放空系統(tǒng)的可行性,選取雙筒式閃蒸分液罐+旋風(fēng)式氣液分離型火炬配套的放空系統(tǒng)和放空分液罐+直筒火炬配套的放空系統(tǒng)進(jìn)行效果評(píng)價(jià)。4.1閃蒸分液罐氣液分離效率為評(píng)價(jià)雙筒式閃蒸分液罐氣液分離效率,必須對(duì)其進(jìn)出口水含量進(jìn)行測(cè)定,鑒于氣井放空過(guò)程中天然氣含水量較多,成分復(fù)雜,不能滿足目前儀器測(cè)量及化學(xué)測(cè)量天然氣水含量方法必要條件,通過(guò)對(duì)放空系統(tǒng)由雙筒式閃蒸分液罐與旋風(fēng)分離器配套組成的B、C、D、E集氣站冬季生產(chǎn)放空帶液情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)來(lái)評(píng)價(jià)雙筒式閃蒸分液罐的分離效率(見(jiàn)表1)。從表1可知,雙筒式閃蒸分液罐的氣液分離效率在85%以上。從現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況來(lái)看,旋風(fēng)式放空分液火炬出口天然氣處燃燒充分,未有液體噴出,認(rèn)為放空過(guò)程中的攜帶液體已在上游分離設(shè)備中分離完全。4.2火炬底部排污為了評(píng)價(jià)放空分液罐的分離效率,選取產(chǎn)水量較大的4在進(jìn)站總機(jī)關(guān)處放空帶液1h,火炬底部排污約1.7m通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)及統(tǒng)計(jì)分析,由于雙筒式閃蒸分液罐氣液分離效率在85%以上,加之配套使用