多功能計量撬在頁巖氣集氣站的研究與應用

摘 要：華東油氣分公司頁巖氣集氣場站于2018年進行大規模建設。集氣場站原工藝采用單井進加熱爐加熱后，再進入分離器進行脫水處理后集中外輸。而隨著頁巖氣井口壓力逐步下降，井下節流器等工藝的應用，原有工藝模式存在流程復雜，投資大，維修改造不方便等缺點。本文通過對現場實際工藝流程進行優化分析，設計研究出一套多功能計量撬，通過對撬塊制作的功能結構和焊接質量控制等方面進行分析研究，對現場實際應用進行效果評價，證明該撬塊對該類場站建設具有很好的適應性和經濟效益，為后期該類場站優化建設具有借鑒和集中推廣作用。

關鍵詞：多功能計量撬;焊接質量控制;效果評價

1 集輸工藝優化

頁巖氣是指賦存于富有機質泥頁巖及其夾層中，以吸附和游離狀態為主要存在方式的非常規天然氣，成分以甲烷為主，是一種清潔、高效的能源資源和化工原料，主要用于居民燃氣、城市供熱、發電、汽車燃料和化工生產等，用途廣泛。集氣場站主要工藝由中石化節能環保工程科技有限公司進行設計，根據前期頁巖氣井井口壓力高，含水量高等特點，流程工藝主要采用單井進加熱爐后，再進入單獨分離器進行脫水處理后集中外輸的涪陵模式。華東油氣分公司為保證井口及配套集輸流程安全生產，降低地面流程安全風險，采用了井下節流工藝，井口出口壓力控制在6MPa以內，而頁巖氣部分單井壓力逐步下降，無法進入管網進行輸送，需采用壓縮機增壓進管網生產，原有工藝模式存在流程復雜，投資大，操作不方便等特點，需對原有工藝模式進行優化，使得場站建設簡潔化、標準化。通過兩種工藝模式的對比可以看出，通過優化，取消了加熱爐和配套調壓撬等設備及配套流程，引入了多功能計量撬，流程進一步簡化，節約了投資，便于現場實際操作和維護。

2 多功能計量撬設計及研究

2.1 功能分析研究

①多井氣體能夠通過多功能計量撬，進入計量分離器進行脫水處理，實現不增壓直接進入外輸閥組集中控制后，進入內部集氣管網，統一輸送至脫水站進行處理銷售;②多井氣體能夠通過多功能計量撬，進入計量分離器進行脫水處理，再進入壓縮機增壓后，進入外輸閥組集中控制，進入內部集氣管網，統一輸送至脫水站進行處理銷售;③單井氣體能夠通過多功能計量撬，進行單井計量，并能夠進行單井流量計標定，對單井產氣量進行資料數據錄取和校對工作;④由于場站內需增壓單井氣體的壓力不一致，壓力較高和壓力較低（該壓力均不能直接進入管網生產）的井存在互相干擾，多功能計量撬需滿足單井進單獨計量分離器，再進入壓縮機進行增壓后，進入外輸閥組集中控制，進入內部集氣管網，統一輸送至脫水站進行處理銷售。

2.2 結構設計及研究

在對多功能計量撬進行結構設計的時候，我們充分考慮到該結構需具有運輸方便，能夠在場外集中進行預制加工（減少場站動火風險），現場安裝方便等特點，結合原油集輸站計量間的流程設計，我們設計研究了一套適合頁巖氣集氣場站的多功能計量撬。

①該計量撬底座采用16#槽鋼焊接作為結構骨架，上面敷設厚度為6mm花紋鋼板，以華東油氣分公司涪陵頁巖氣田194#集氣站為例，該場站井數為4口，單井計量閥組長度為2500mm，閥組之間間距為600mm，該計量撬底座尺寸設定為3200mm×2500mm，撬底座周圍焊接四個吊耳，方便吊裝與運輸;②每口單井計量閥組進口安裝二相流量計，方便氣體計量，每口單井通過計量閥組的閥門控制，可以實現單井增壓、不增壓或單獨增壓進對應主管匯，然后再進入對應功能計量分離器進行分離處理，每組計量閥組通過支撐件與撬體連接牢固，保證使用過程中的安全運行;③為避免閥門內漏而影響功能使用，選擇氣體密封性能較好的球閥進行控制，球閥安裝前，均按施工規范要求進行強度和嚴密性水壓試驗，滿足要求后，方能進行安裝;④為實現流量計定期進行在線標定，在主管匯上預留閥門，可以實現不停產對流量計實現在線標定，為氣體的精確計量提供了保障;同時，在主管匯上安裝壓力表，能夠更好的觀測數據，便于分析。

3 焊接質量控制分析及研究

通過對多功能計量撬的結構進行分析和研究，我們發現，整個計量閥組均采用成品管件（三通、大小頭等）和法蘭閥門，焊接工作量大，焊縫集中，對焊縫質量和變形控制要求極為嚴格，通過對焊接工藝的選擇，焊接質量控制措施的采用，能夠保證整個撬的安裝質量。

3.1 焊接工藝的選擇

根據設計文件要求，集氣場站建設均采用L360N鋼管，多功能計量撬的管線管徑小，管壁厚較厚，焊接變形控制要求高，通過查閱相關文獻，結合現場實際情況，我們選擇氬電聯焊工藝，該工藝具有以下特點：

①焊接質量好，射線探傷合格率高。根據焊接工藝評定選擇合適的焊絲、鎢極、焊接工藝參數及純度符合要求的保護氣體，能使焊縫根部得到良好的融合，且焊口內表面光滑、整齊，不易出現手工電弧焊打底焊接時可能出現的焊瘤、未焊透和凹陷等缺陷;②效率高、速度快、易于掌握。選用手工氬弧焊打底，由于氬弧焊為連續焊接工藝，而手工電弧焊為斷弧焊，氬電聯焊工藝的焊接效率是手工電弧焊的2-4倍;③由于氬弧焊氣體的惰性特點以及焊接時熱量集中，使得焊縫熱影響區窄，焊件的變形小;由于可見性好，便于觀察，能夠很好的控制熔池的形狀，適應于在各種位置進行施焊;④由于氬電聯焊綜合了氬弧焊和手工電弧焊兩種焊接方式的優點，因其焊縫成形好，焊接應力與變形小等優點，在石油化工領域得到越來越廣泛的應用。該種焊接工藝也更適合于多功能計量撬的管道焊接安裝。

3.2 焊接質量的控制

①為了有效價格低壓力管道的收縮應力和焊接變形，采取定位焊點焊的方式，制作工裝夾具，固定焊接管道，壓力管道焊接順序從構件受周圍約束較大的部位開始，然后再逐漸地向約束較小的部位推進;②一旦對壓力管道的焊縫進行焊接時，一定要保持連續性，不能在中途無故中斷。如果實在是由于特殊原因而不得不暫時中斷，那么也應該采取相應的防止焊縫開裂的措施，將其表面清理干凈，確認焊縫區不存在任何的缺陷之后，再按原工藝進行重新焊接;③參與壓力管道焊接的操作人員必須持證上崗，且在焊接施工前，需進行焊接考試，考試合格后才能夠上崗。焊接變形和焊接質量受焊接人員水平的直接影響較大，水平高的焊工在執行焊接工藝時，會更加堅定，靈活，也可以大幅度降低焊縫返修次數與數量，從而減少焊接變形，保證焊接質量受控;④焊接完成后檢驗控制。焊接后，對焊縫進行外觀檢查，合格后，按照規范標準和設計要求對管道焊口進行無損檢測，RT檢測比例嚴格按設計文件執行。對不合格焊口，需要制定返修工藝，并嚴格按工藝進行返修，重新檢測，并做好施工記錄。

4 現場應用分析

4.1 現場應用情況

多功能計量撬在工廠車間集中預制完成后，陸續應用到華東涪陵平橋南區產能建設地面集氣站工程中，先后在194、195、196、197、199等多平臺成功應用。該撬實現了場站單井氣體集中計量，流程功能切換方便，功能齊全，滿足了現場使用及操作便利，得到了甲方的一致好評。

4.2 經濟效益分析

通過多功能計量撬的設計及研究應用，簡化了場站建設安裝流程，與井下節流工藝、二相流量計等配套使用，減少了加熱爐、計量分離器和配套流程。以平橋南區幾個平臺為例，通過下圖表比較分析，可以看出，經濟效益明顯。

5 結論及建議

①多功能計量撬的設計與研究應用，簡化了頁巖氣集氣場站工藝流程，優化了集輸工藝，方便了數據錄取和流程切換，便于操作人員使用;②通過對制作工裝和焊接質量的控制，保證了多功能計量撬的加工精度和質量，實現了現場安全生產的目的;③建議在類似集氣場站積極推廣和應用，為頁巖氣場站建設標準化、模塊化提供借鑒和保障。

參考文獻：

[1]張永興.大型儲罐施工中的焊接變形控制[J].石油工程建設，2002（1）：111-113.

[2]王新玲.氬電聯焊在燃氣管道施工中的應用[J].科技創新與應用，2013，（8）：232

作者簡介：

馮建波（1981- ），男，漢族，四川省射洪縣人，大學本科，工程師，地面集輸工藝及工程建設管理。