降低氣液分離集成裝置攜液率現場試驗研究及應用

郭 剛，王昌堯，王 璐

西安長慶科技工程有限責任公司，陜西西安 710018

0 引言

油氣分離是油氣集輸工藝的重要環節之一，氣液分離器和伴生氣分液器是油田產能建設中最常用設備，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年在推進項目標準化進程中，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，可燃氣體揮發量少，可脫除氣體中的凝液，并可減少下游管路凝液產生等多重優點。

1 現場運行情況

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部結構

氣液分離集成裝置廣泛應用于長慶油田中小型站場，但生產運行過程中發現氣液分離效果差，導致氣體管路積液、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場調研與運行監控，發現2010年10月至2012年1月共發生集成裝置氣體管路堵塞7次、加熱爐調壓閥堵塞14次、加熱爐火焰熄滅3次（見表1），導致現場操作員工頻繁排堵，重燃加熱爐，站場外輸流程停止，給生產運行造成極大的困難。

表1 現場故障統計

1.1 氣液分離集成裝置現場運行參數及攜液率統計

根據現場實際運行情況，分別從鎮六轉、莊12增、莊13增集輸站場采集現場運行數據進行分析，見表2。從它們的氣液分離集成裝置運行參數可知，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查

1.2 老式工藝流程增壓點攜液率現場運行參數調查

為驗證是否為老式工藝流程（即氣液分離器+伴生氣分液器）自身不合理導致氣液分離集成裝置處理效果不達標，本文選擇采用老式工藝流程的6座增壓點進行調查，結果如表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分析統計/次

從現場運行參數可知：

（1）老式工藝流程增壓點故障率遠低于氣液分離集成裝置增壓點故障率。

（2）當攜液率低于2%時，故障次數僅為1次，完全滿足現場實際生產需求。

1.3 氣液分離器、空冷器、伴生氣分液器獨立運行的現場參數統計

經現場調查，老式工藝流程滿足生產需求，而氣液分離集成裝置攜液率高導致故障頻繁，為確認氣液分離集成裝置是否為受空冷器影響導致攜液率高，選擇了氣液分離器、空冷器、伴生氣分液器3個設備獨立運行的站場進行調查，統計結果見表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節后，進一步提高了分離效果，降低了故障率。因此，從現場調查的結果分析，新建站場中導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備的分離效果無關。

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，采用了關聯圖進行原因分析，找出了影響裝置運行效果的末端因素，見圖3。

圖3 原因分析關聯圖

分析認為，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用的站場在外部環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，其組合構建的結構即氣液分離器、伴生氣分液器、空冷器均未發生變化，因此，可排除裝置單體設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工藝流程見圖4。

圖4 氣液分離集成裝置內工藝流程

假設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：

若裝置內部結構短路，即當P1=P4時，則氣相不經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部結構，可以發現凝液回流口裸露于氣液分離器上部空間，且氣液平衡管聯通氣液分離器和伴生氣分液器，這直接導致氣液分離器和伴生氣分液器短路，使P1=P4，伴生氣無法經過弦絲捕霧器、空冷器和氣體管路，進而導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部結構的分析，得知是氣液平衡管導致氣液分離器壓力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在特殊情況下液體經過回流管進入分液包，直至氣相總出口，而此情況的發生伴隨著分離器罐體內部壓力的不斷增大過程，因此在分液包內設置液位檢測器很有必要。

（1）延長排液管，分液包增設液位檢測器。根據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，當液位低于低液位報警界面時，裝置將暫時關閉，確保液位升高至合理液位。優化設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，防止裝置內部短路。分液包中部設置音叉液位檢測器，分離器罐體設置安全閥。原設計和重新設計的排液管如圖2、圖6所示。

圖6 氣液分離集成裝置的內部改造結構

（2）取消氣液平衡管。原集成裝置設計氣液平衡管，該管直接導致氣液分離器與伴生氣分液器進液口聯通，進而使裝置內部短路，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，冬季環境氣溫低時甚至會凍堵管道，完全阻塞氣體的流通。經分析，原氣液分離集成裝置氣體管路存在Z字型彎，導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，經計算將空冷器在原位置的基礎上提高，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 現場效果驗證

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

超低滲第一項目部莊12增、莊13增及超低滲第四項目部鎮六轉應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，投產后駐現場設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，經過點火燃燒火焰情況良好，未出現經常自熄的現象。對氣體外輸處經過檢測，氣體含液量較低，達到了預定目的，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過優化后分液效率提升明顯，加熱爐未出現火焰自動熄滅現象，有效地保證了正常的生產運行，減少了停產損失。初步預計為莊12增、莊13增、鎮六轉節約費用10～50萬元。