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)計初期安裝的氣罐，將釋放天然氣通過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,設(shè)備或管線上的安全閥將自動開啟進(jìn)行泄壓;冬季生產(chǎn)過程中,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,氣井能力降低,難以將井筒內(nèi)積液帶出,通過站內(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)時應(yīng)嚴(yán)格控制放空速度,放空天然氣先經(jīng)過放空分液罐進(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發(fā),氣井產(chǎn)水量逐年增多。同時泡沫排水采氣等輔助增產(chǎn)工藝,使得氣井產(chǎn)水波動較大。在日常生產(chǎn)放空作業(yè)時,由于放空速度過快,同時氣井產(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,同時現(xiàn)有放空系統(tǒng)已不能適應(yīng)氣井生產(chǎn)狀況變化對配套工藝的要求。具體分析如下。2.1井伴液能力下降氣田開發(fā)初期,氣井能量充沛,產(chǎn)水較少,隨著氣田開發(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)行帶來很大的壓力?，F(xiàn)對A集氣站生產(chǎn)氣井產(chǎn)水變化進(jìn)行統(tǒng)計。從A集氣站所轄氣井生產(chǎn)曲線可知,開發(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)動的同時,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,6.4MPa高壓原料氣經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流后瞬時流速可達(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)過放空分液罐時,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,液滴通過分離器的時間變短,部分液滴來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,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,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,由于放空火炬僅為φ159×8的立管,結(jié)構(gòu)簡單,不具備氣液分離能力,若放空作業(yè)操作速度過快,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法滿足生產(chǎn)放空作業(yè)需求,需對放空系統(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)入放空火炬帶來的安全隱患,近年來,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,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。由于強(qiáng)制的反復(fù)的旋流運(yùn)動,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,向下沉降進(jìn)入罐體1的底部;氣量較大時,這些聚集的大液滴,會隨氣流向上運(yùn)動,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,通過固定閥罩和浮動閥罩之間狹小的環(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閥罩的重量時,浮動閥罩向上運(yùn)動,向上運(yùn)動過程中,封閉空間的容積不斷擴(kuò)大,減緩了向上運(yùn)動的速度,隨著氣體流量的增加,浮動閥罩不斷的向上移動,直至固定閥罩上面的通氣孔被打開,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,通氣孔的開度隨著變化,此時浮動閥罩內(nèi)外的壓差產(chǎn)生的向上作用力,正好等于浮動閥罩向下的重力,浮動閥罩受力平衡,通氣孔處于一定的開度。氣體經(jīng)水封液上面外環(huán)空間通過時,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,水封液超過一定量時,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,罐體1內(nèi)的氣量減少,氣壓降低,浮動閥罩依靠重力向下運(yùn)動,支撐于支承板上,其下端沉沒于水封液中,罐體處于水封狀態(tài),通過以上過程就完成了閃蒸、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,占用場地面積小,結(jié)構(gòu)簡單,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程中攜帶液體嚴(yán)重的問題,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,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,放空時打開火炬底部排污閥門及時排放分離出的污水,避免了積水過多導(dǎo)致天然氣攜帶水對火炬燃燒的不利影響。RH-II型火炬結(jié)構(gòu)(見圖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)動情況(見圖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)對比為了評價集氣站放空系統(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)行效果評價。4.1閃蒸分液罐氣液分離效率為評價雙筒式閃蒸分液罐氣液分離效率,必須對其進(jìn)出口水含量進(jìn)行測定,鑒于氣井放空過程中天然氣含水量較多,成分復(fù)雜,不能滿足目前儀器測量及化學(xué)測量天然氣水含量方法必要條件,通過對放空系統(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)計來評價雙筒式閃蒸分液罐的分離效率(見表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)場生產(chǎn)情況來看,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價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通過上述實(shí)驗(yàn)及統(tǒng)計分析,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