三相分离（共8篇）
三相分离 篇1
油田在开发、储运及处理含油污水的过程中会产生大量的含油污泥, 这些污泥包含了大量的悬浮固体、油和水, 还包括各种化学添加剂等有害物质, 如不能及时处理, 将会对油田的生产和发展以及周围环境带来很多的危害。随着国家对环保的日益重视, 含油污泥的无害化、减量化、资源化处理技术将成为污泥处理技术发展的必然趋势。因此, 为减少污染, 保护环境, 避免资源浪费, 必须对这些含油污泥进行合理的治理和利用[1]。
1 含油污泥的组成
原油开采和加工过程中产生的含油污泥主要是石油和石油产品在贮罐中沉积的罐底油泥和处理含油废水过程产生的隔油池底泥、浮渣等[2]。含油污泥主要由油相、水相、固体相组成, 固体相中含有多种金属、土和泥沙等, 加之在含油污水处理过程中, 一般会添加絮凝剂、助凝剂、净水剂等化学药剂, 含油污泥中还会含有化学药剂粉末。通常含油污泥的含油率为1%~45%, 含水率为44%~99%[3]。
2 含油污泥的处理工艺
处理含油污泥常用的方法包括溶剂萃取法、焚烧法、生物法、焦化法、含油污泥调剖、含油污泥综合利用等[4,5,6,7,8,9]。本实验使用化学药剂打破含油污泥的稳定性, 促使三相有效分离, 再利用油、水、固体三相的密度差异, 使用高速离心机对含油污泥进行分离, 使原油从油包泥或泥包油的形态中剥离出来。分离后的原油可进行资源回收, 污水直接进入水处理系统进行处理, 剩余的固相含量大大减少, 实现含油污泥的减量化、资源化处理。
3 实验部分
3.1 实验材料
采用绥中36-1油田终端处理厂污水沉降池底部含油污泥, 是因为在污水处理流程中于调储罐添加絮凝剂与助凝剂而产生。含油污泥具有极度粘稠, 在常温下易结团、易凝聚的特点, 主要由原油、水以及固体杂质组成, 组分分析结果如表所示1。
3.2 实验仪器
SIGMA6-16H型台式高速离心机, 恒温水浴锅, 博力飞粘度计, COD快速测定仪, 电热恒温干燥箱, 红外含油测定仪。
3.3 药剂选型
添加合适的分离剂可以改善含油污泥的分离性能。将含油污泥加热到50℃, 加入等当量不同型号的油水泥分离剂, 设离心机转速4 000 r/min, 离心10 min, 据油、水、泥三相分离情况评价药剂性能, 选择药剂类型。实验中考察了5种油水泥分离剂, 分别编号为1# (阳离子型) , 2# (阳离子型) , 3# (非离子型) , 4# (阴离子型) , 5# (阴离子型) , 加药量0.1% (以药剂的固含量计) , 以不加药剂空白样0#作为对比, 实验结果如表2所示。
实验结果表明, 阳离子型的1#和2#药剂均能够明显促进含油污泥中油、水、泥的三相分离, 其中又以2#药剂的效果最好。
3.4 药剂定量
确定药剂种类后, 以不同浓度加入含油污泥中, 4 000 r/min转速下离心10 min, 观察含油污泥中油、水、泥质三相分离效果, 考察不同加药量对分离效果的影响, 结果如表3所示。
从表3可以看出, 0.1%加药量是达到较好分离效果的最低药剂加入量, 在此基础上增加药剂用量并不能提高分离效果, 反而增加了处理费用, 因此可以确定最佳的药剂加入量为0.1%。
3.5 不同转速对含油污泥分离效果的影响
在含油污泥的离心分离过程中, 离心机的转速不同, 所产生的离心力和油泥沉降效果也有所变化。实验中分别以1 000、1 500、2 000、2 500、3 000、3 500、4 000的转速, 在60℃情况下将添加了0.1%2#分离剂的含油污泥离心10 min, 其处理效果如图1所示。
由图1曲线可见, 随着离心机转速逐渐提高, 含油污泥出油率明显增高, 至3 000 r/min, 出油率达到最佳效果, 再提高转速已不能促进其三相分离效果, 因此设定最佳离心机转速为3 000 r/min。
3.6 不同温度下含油污泥的处理效果
前期实验已经确定加药量0.1%、3 000 r/min的离心转速是处理含油污泥的最佳运行参数, 是温度对含油污泥三相分离效果的影响。
由图2可知, 温度越高, 含油污泥的三相分离效果越好, 说明温度的提高改善了含油污泥的流动性能, 提高了三相的分层效果。由曲线图中可以看出, 温度达到60℃后, 其分离效果已经为最佳, 温度继续升高含油污泥的处理效果改善并不明显。
3.7 离心时间对含油污泥分离效果的影响
在运行温度为60℃, 离心机转速3 000 r/min, 2#分离剂加药量为0.1%的基础上, 研究了离心时间对含油污泥分离效果的影响, 如图3所示。
由离心时间对含油污泥分离效果曲线可见, 离心分离12~15 min时, 其分离效果较为明显, 随着时间的延长, 分离效果变化不大。说明使用离心机处理含油污泥在短时间内就有明显效果。
综合上述影响含油污泥分离效果的各个因素, 在含油污泥处理过程中, 控制油泥温度在60℃, 加药量为0.1%, 转速3 000 r/min离心12~15 min, 其处理效果最佳。
4 含油污泥的处理效果
经过对含油污泥最佳处理条件的研究, 本实验对10组样品进行了离心分离处理, 并检测了原油的基本物性、水相COD值以及固相含水率, 实验数据如表4、5、6。
由表中数据可见, 含油污泥经离心分离后, 原油、水、固相三相比例稳定, 出油率基本稳定在11%~13%之间, 含水率和机械杂质含量约在4%, 原油粘度为800 MPa·s左右。水相COD值约为1 750 mg/L, 水相中含油量约为40 mg/L, 且与水相中的COD含量有线性关系, 固相含量减少至原含油污泥量的25%, 固相含水率约为68%、含油率约为4%。
由于实验中仅使用了一种分离剂, 原油剥离的效果并不理想, 固相颜色较深, 仍有部分原油未能从杂质中脱离出来, 故而不能达到更高的出油率。使用多种药剂虽然能较彻底的分离出原油, 但容易使水相COD过高, 后续处理污水的成本也随之增加。固相减量较多, 对一些依靠含油污泥外送处理的生产区, 可以节约75%的处理成本。
5 结论
(1) 通过采用三相离心分离工艺处理含油污泥, 可使油泥中的油、水、固相得到分离, 利于后续工作的开展。
(2) 三相离心工艺分离出来的原油可以进行资源回收, 药剂使用量少, 污水COD值较低, 对污水处理系统不会增加过多负担, 固相减量化效果良好, 大大减少了处理成本。
(3) 含油污泥三相离心分离工艺调试用时少, 投用后可以在短时间内见效, 工艺简单、设备操作方便, 普通员工经适当培训后即可上岗操作。
(4) 该工艺适用范围广泛, 离心机一般占地面积较小, 不受场地要求限制。针对不同种类含油污泥可随时改变药剂类型或增加药剂投放种类, 工艺流程容易控制, 可视不同工况调整流程运行参数。
参考文献
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三相离心机在煤焦油分离中的运用 篇2
关键词：三相离心机；煤焦油分离；措施；
中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-08-00-01
煤焦油作为一种非可再生能源，煤焦油产业的发展情况颇受人们重视。在当前社会不断向前发展的大背景下，煤焦油产业也面临着升级问题，并不断促进煤焦油产业向规模化、精准化方向转变。一直以来，社会对煤炭化工领域的投资呈现不断上升的趋势，煤焦油的整体研发能力大幅提高，整个煤焦油产业也得到了相应的发展。其中，最重要的就是对煤焦油能源的分离技术，高效的煤焦油分离是提高煤焦油利用率的重要途径之一。
一、三相离心机
（一）三相离心机工作原理
三相离心机具有体积小、部件紧凑的特点它主要由三个部分组成：离心机驱动部件、输送器及转筒。三相离心机的运作是以物体沉降原理为基础的，通过引力及离心力作用，将较重的固体颗粒（焦油渣）沉淀下来，在一个预设的时间点使其与液体（焦油和氨水）分离开来，实现对焦煤油的分离目的。具体过程为：焦煤油被放入转筒后，通过转筒的高速旋转带动焦煤油的转动，由于焦煤油自身混合物的特点，在同一转筒内，重量大的固体颗粒受离心力的影响最大，其次是液态的氨水与焦油，这“一固两液”就从内向外形成了同方向的固液层。焦油渣被输送器输送出来，焦油和氨水则从各自的液体导出口被排出。使用三项离心机，不仅可以实现煤焦油的固液分离，还可以将焦油从液体中分离开来，形成“一固两液”的分离状态，大大提高了煤焦油分离的效率。
（二）三相离心机“固—液——液”分离的特点
三相离心机在对煤焦油进行分离时，对1um-5um的固态焦油渣可以进行颗粒分级，而0.002-3mm的物料可以进行氨水分离和焦油澄清的操作。在整体分离过程中，三相分离机可以进行连续工作，一次的焦煤油处理量大，大大降低了整体成本，三相离心机可使用的范围非常广，同时对其的维修也较为方便。三相离心机在进行“固—液——液”分离的特点具体有以下几点：
第一，三相离心机的部件结构紧凑，运转过程中能保证机器的稳定性和安全性，其整体的差速器精度较高，大大提高了焦煤油分离质量。第二，三相离心机与焦煤油接触的转筒材质均为不锈钢，机器在运转过程中有多重安全保护设置。第三，三相离心机的适应能力很好，根据用户使用需要，也可以将其设计为高支架式、重心式或移动式等，同时，还还可以实现变频或智能自动控制。需要特别注意的是，三相离心机在使用时必须要保证其连续性，并且要确保整个过程是全封闭的。
二、三相离心机在分离工艺上的改进
（一）分离后成品质量问题
在对焦油与氨水进行分离过程中，液体的澄清槽采用的是并联使用方式，加上对焦油的抽出仍处在人工调节阶段，因此分离后的焦油成品含水量比较大。另外，焦油的水分波动过大，进而导致初冷器中的乳化液成分偏差和不稳，并没有达到预期的效果，同时也影响到焦煤油分离过程的质量。
针对成品的质量问題，可以采取将焦油的成品槽进行改造的措施，将其改造为焦油原料的中转槽，，这样可以给三相离心机的运转提供较为稳定的焦油原料，同时确保进入初冷器中的是优质的轻型焦油。改变原有的澄清槽机械化直供模式，实行二次分离方式，进行中转供应焦油槽方式，提高焦油的稳定性能。
（二）设备自身问题
在三相离心机中，（焦油）液面调节仪的安装位置是在澄清槽的末端，而且是在最末端的外壁区。这样一来，在冬季气温非常低的情况下，在进行连续放焦油的操作中由于流速慢、流量小等原因，加之焦油的粘性会随着温度的下降而突然加大，极易造成管道的不畅通，而且还会出现管道受堵情况，影响放油工作。
基于此，我们可以将焦油液面调节仪转移到澄清槽内部，改造原有的内部结构，实现“一槽多用”的效果，将上部的氨水引流入澄清槽，使下部的焦油供给三项离心机，减少焦油液面的不稳定现象。
三、三相离心机常见的故障分析及处理
首先，当机器排出的清液颜色变深，机器的转速大幅变慢，这些情况的出现表明离心机内部极大可能存在堵塞现象。当碰到这种情况，千万不要按紧急按钮，要立即停止继续给料，使离心机自行排出堵塞，要向机器内持续注水，保证机器的螺旋运转。
其次，若离心机出现震动过大，同时轴承发出异常的噪音等情况，证明三相离心机的轴承可能温度过高，要检查是否添加了过多的油脂添加量。若轴承的废油脂呈现出绣黄色或黑色等非正常颜色，那可能使轴承已经坏掉，要及时进行更换。
最后，机器出现震动情况。一般来说，三相离心机震动分为突发型和慢性震动，慢性震动的出现表示离心机内部可能有磨损，或外部零件需要进行更换。突发型震动的出现很大程度是由内部堵塞造成的，机器内部的零件往往表现出脱落或已损坏情况。这种情况下要检查出渣系统是否正常运作，即使排除故障。
参考文献：
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[2]陈晰，杨宏伟，姚婷，等. 煤焦油分离分析技术发展研究[J]. 广州化工. 2013 （13）
[3]鲍振博，靳登超，刘玉乐，郭俊旺. 生物质气化中焦油的产生及其危害性[J]. 安徽农业科学. 2011（04）
三相分离器的应用与维护探讨 篇3
关键词：三相分离器,日常维护
目前三相分离器最主要的用途在应用在石油工业方面, 在原油加工的工作流程中, 三相分离器的作用效果在在于, 通过对原油的脱水、稳定性方面控制, 进一步的提高原油质量, 以及提高相关的技术指数。以下通过具体的现场应用分析, 介绍三相分离器的相关应用问题和维护问题。
1 具体应用
在具体的原油加工流程中, 三相分离器的作用是将原油经过分离器相关的工作时, 达到油、气、水的分离, 污水、油、气, 经过不同的阀门, 分别流向不不同的装置里, 水和气的流向姑且不论, 这里主要还是介绍对于油的进一步加工, 对原油进行初步的加工以后, 引导流入缓冲罐, 经由脱水泵和加热炉以后, 完成初步的脱水工作, 然后再流入脱水器进行进一步的脱水, 解决前面工序不能解决的脱水问题。相比原来的两相分离器和传统的大罐沉降办法, 三相分离器在原油脱水方面有了很大的进步, 原油含水量下降到了15%以下, 污水的含油量也下降到400mg/L。进一步降低了原油的损耗率。另一方面, 三相分离器是一种全密闭式的机器, 可以防止油气的泄露, 对于工厂环境的保护, 和大气环境的维护, 起到了很好的积极效果。最新的三相分离器在也为的调节方面, 采用最新的调节装置, 自动化程度很高, 对于油面, 水面的调节可以通过机械的智能化, 自动调节, 而且效果十分优异, 对于提高一线工人的工作效率, 减轻劳动负担, 有很好的帮助。
2 设备的维护
我国最早的一批三相分离器是96年投入使用的, 到了98年下半年的时候, 由于分离器某些零部件开始老化, 或者关键管道的部位由于沉淀的积累开始结垢等问题, 三相分离器的运行开始出现相关的故障, 严重影响了正常的生产活动。发生问题的部位主要在:
(1) 聚结短部分填料的破碎, 设备内部的聚结段的作用在于把分散的小颗粒油水液滴凝聚成大颗粒的液滴, 以提高油、水的沉淀效果, 和加快分离速度。
最初的三相分离器, 是使用聚乙烯造的波纹板, 由于聚乙烯本身的耐热性能就不好, 再经过长年累月的冲击, 波纹板的质量就得不到很好的保障, 甚至会有碎片产生, 严重影响了内部管道的通畅效果, 情况严重的还是堵塞部分阀门, 进出口过滤器, 使得原油的加工处理工作受到很大的影响。而且, 波纹板的碎片还会进一步的影响设备的其他功能, 然后进一步的影响到整个设备的正常工作, 有数据显示, 当情况最严重的时候, 原油含水量甚至达到了40%, 污水的含油量更是惊人的800mg/L。
针对波纹板的问题, 一般的维修方法是更换原来的波纹板, 在更换波纹板的同时, 还要将原来设备内部的残留垃圾清理干净, 不然即使新装了波纹板, 也可能达不到预期的效果, 在综合相关的经验的同时, 将原来的聚乙烯波纹板换成性能更优越的不锈钢波纹板, 然后综合积累的经验, 合理的改善原来的内部设计结构, 让新装的不锈钢波纹板, 比原来在防腐蚀, 耐冲击方面效果更好, 以及更进一步的提高设备的稳定性, 然后合理的改善结构, 可以通过扩大液面接触面积, 提高油、水的分离效果。根据调查显示, 在更换了波纹板以后, 三相分离器的处理效果, 和新设备的效果大致接近, 同样能够做到原油含水量小于15%, 和污水含油量小于400mg/L, 而且通过材料的更换, 结构的改善, 设备的温度性更进一步的得到提高, 而且极少出现再堵塞的效果。
(2) 油、水的分界面问题。影响原油含水量的另一个重要问题就在沉降段部分, 油、水的分界面情况, 一般来说, 只有合理的分界面, 才能使得油、水的各项指标达到合理的标准。如果油、水的分界面太低, 一方面原油的停留时间会加长, 可以使得脱水的效果更好, 然而, 另一方面, 由于原油停留时间太长, 也使得污水中的含油量会超出标准。而油、水分界面的太欧战主要依靠现场的手动控制溢流板, 一般来说, 一线的工人会依据常年的经验得出一般性的规律, 以及最佳分界面的确定位置问题, 当然, 不同的情况, 不同的原油质量, 都会影响界面的位置控制。
3 分离器部分的沉淀问题
随着设备的常年使用, 容器底部在油流方向会慢慢的产生沉淀的积累, 其中沉降分离段的沉淀最为严重。沉淀物积累, 随着自身体积增大的同时, 也会使得容器的容积相应的变小, 而随着容积的变小, 沉降的时间就会相应的缩短, 严重的时候, 甚至会影响原油的正常流动, 从而影响三相分离器的正常性能, 在针对该问题, 合理的维护办法是通过分析原油的含砂量, 以及确定砂砾的颗粒大小, 确定合理的冲洗、排砂周期, 以及冲洗的流量大小, 以确保容器内的正常沉淀物标准。
4 液面调节部位的常见故障和相关的保养措施
一般三相分离器经过常年的磨损, 会导致以下几种情况,
(1) 阀门控制杆的软化, 一方面, 连杆的定位要求很严格, 一点小的误差, 就可能导致下面的工作出现失误, 从而导致原油含水量不符合标准, 另一方面, 连杆的软化, 就可能在操作方面导致操作的不流利, 要么出现假液位, 要么干脆就使得分离器阀门卡死。针对该情况, 可以在结构, 材料等方面对连杆的各方面进行加强。
(2) 由于分离器是在油田这样的环境工作, 再加上各种化学物质的侵蚀, 很容易造成外部零件的生锈, 常年的积累, 就可能导致关键阀门的螺丝出现卡死等情况。要解决该问题, 一方面要对各个零部件最好常规的日常保养, 另一方面, 还要最好经常性的预防工作。
(3) 由于液面调节器的浮标总是侵泡在油、水中, 因此更容易受到腐蚀, 而使得相关的功能没有原先的效果, 这就要求周期性的对浮标进行检修一般半年一次, 并且经常性的检测, 及时发现问题。
(4) 各个通道口活动不灵活, 阀座遭受腐蚀, 或者沉淀物堵塞, 容易造成油、气标准不合格等情况。对于这类事故一方面要及时更换以及腐蚀的零件, 另一方面, 还要及时清理沉淀物, 确保开关的灵活度。
5 结语
三相分离器在石油工业的应用, 可以很有效的提高原油的质量, 及时发现问题, 解决问题, 可以很有效的保障机器的性能, 防治机器故障造成工程、生产不必要损失。
参考文献
[1]王在强, 马能平, 王秀华, 杨学云, 付钢旦.HXS型油气水三相分离器应用效果分析[J].石油矿场机械2009
[2]张庆钢, 行登恺.沈一联脱水工艺的改进[J].油气田地面工程, 2009
三相分离器现场应用改进措施分析 篇4
目前采油三厂应用三相分离器30台, HXS型28台, HBP型2台, 分布情况如表1所示:
2 三相分离器现场应用存在问题
2.1 排砂效果不理想, 缩短维护周期, 增加运行成本
三相分离器经过一段时间运行后, 容器底部沿流向会有不同程度的杂质和泥沙沉积, 尤其是沉降分离段积砂更为严重, 大量积砂造成容器容积变小, 从而造成设备的液体有效处理能力大大减少, 沉降时间缩短, 甚至阻碍液体的正常流动, 最终导致三相分离器无法正常运行, 出口指标变差。
目前采油三厂使用较多的HXS型三相分离器, 其排砂系统除砂原理是泥砂在重力作用下沉降至集砂斗后排出, 当泥砂沉积量不断增加后, 依靠重力沉降除砂效果不是十分理想, 在集砂斗的远端和部分死角泥砂仍会不断沉积, 泥砂沉积到一定量后, 三相分离器处理效率降低, 油水出口指标不合格, 必须打开容器清理。由于排砂效果不理想, 不仅影响生产的正常运行, 也缩短了三相分离器的维护周期, 增加了运行成本。
2011年采油三厂三相分离器因积砂清理维护情况如表2所示:
2.2 内部附件及内壁腐蚀严重, 维护周期短, 成本高
在整个分离过程中, 由于来液流速高且掺杂着泥砂, 对分离器进口处造成很强的冲蚀与磨蚀。滞流在分离器下部的是具有很强腐蚀性的水相, 分离出来的污水, 不仅矿化高度, CL2含量高, p H值低, 而且还含有CO2、H2S以及硫酸盐还原菌 (SRB) 。这些因素使污水成为了腐蚀性极强的介质, 并导致三相分离器内部受到强烈的电化学腐蚀。
目前采油三厂使用的HXS型三相分离器, 其防腐方法是采用防腐涂层与牺牲阳极保护相结合, 但这种方式在结构复杂的罐内存在保护死角, 在使用一段时间后底层处理不好的焊接等处涂层会出现脱落现象, 加快罐体及罐内附件腐蚀;同时牺牲阳极块在这种强腐蚀性环境中保护周期短, 不能随时更换, 更不能随时监测其保护状态, 造成本体及焊缝处腐蚀穿孔渗漏, 严重影响油田正常生产。
2.3 无气状态时, 油水外输存在问题
三相分离器将油、气、水分离后, 通过控制气相压力来保持油、水的稳定外输, 一般控制压力0.2MPa以上即可顺利将油、水顺利输送至下游储罐。但是由于开发的层系的不同, 部分区块油气比较低, 伴生气含量较少或无气, 无法保证三相分离器正常运行压力, 从而导致油、水无法正常外输。
采油三厂应用的HXS型三相分离器大多数在有气状态下运行, 可以通过气相压力来控制油、水外输, 但是均未考虑在无气状态下的运行情况, 随着油田开发后期伴生气含量下降及部分开发层系伴生气含量低或无气等情况的出现, 将无法保证三相分离器的正常运行。
3 针对存在问题的改进方向
3.1 新式HBP-WS3000×12400-0.6/1油气水砂分离器, 排砂能力强
新式HBP-WS3000×12400-0.6/1油气水砂分离器底部设有专用的分砂及排砂内件, 可以实现不停产定期排砂, 确保分离器内的积砂能及时排出, 冲砂水接口仅作备用。采用内压助排式排泥砂技术, 确保容器内分离出的泥砂及时排出, 为油水有效分离提供更多的有效空间。
罐体底部有5个集砂斗分别连接引砂管线, 通过开启引砂管线阀门, 利用两端压差即可将泥砂排出, 可实现不定期排砂。同时, 在罐体上安装有冲砂水接口, 连接罐内部沿轴向并排的两根冲砂管, 冲砂管上分布有多个冲砂嘴, 当内压助排效果不理想时, 可利用冲砂水接口连接水管线进行强制排砂, 不影响正常生产, 也可节约维护成本费用。
3.2 开发应用防腐新技术
针对目前采油三厂应用的防腐涂层与牺牲阳极阴极保护相结合的防腐办法, 开发应用新的防腐方法, 提高三相分离器的防腐力度, 缩短维护周期, 降低运行成本。
3.2.1 应用阴极保护新技术
外加电流阴极保护技术, 即是对钢体施加阴极电流, 使其电极电位从平衡电位向负移动至免蚀区, 强行抑制阴极表面的腐蚀化学反应, 来实现对阴极的保护。采用一恒电位仪与罐内辅助阳极连接形成电回路, 给大罐罐体加上阴极电流, 使其阴极极化以达到保护的目的。
3.2.2 开发应用新型防腐涂料
由于三相分离器的特殊运行状态以及内壁中介质的重腐蚀性, 对防腐涂料有其特殊的要求, 必须有抗冲刷、高耐磨、化学稳定性高的特点。开发应用的新型涂料应该具有良好的结合力、柔韧性、抗冲刷能力和耐磨性能, 还应具有优良的耐酸、碱、盐水溶液的腐蚀能力, 以及很好的耐污水、污油腐蚀性, 以满足内壁防腐蚀需要。
3.3 无气状态下三相分离器正常运行应对措施
三相分离器后期运行过程中, 如果完全没有伴生气, 目前已安装的设备如何运行, 根据现场实际情况可按以下两种方式来解决。
3.3.1 对于设计时未考虑有气无气都能运行的设备
这类设备在沉降室没有设计导波雷达孔, 同时水室顶部也不完全封闭。这种设备在后期无气时, 可以在三相分离器的油水出口分别安装管道泵、变频器, 利用目前已安装的导波雷达液位计采集的油水室液位信号, 直接输入变频器, 根据液位高度控制变频的频率和泵的排量, 从而控制油水室液位的高度。
3.3.2 对于设计时已考虑有气无气都能运行的设备
这类设备在沉降室设计有导波雷达孔, 同时水室顶部完全封闭。有气时将水室顶部与沉降室顶部的连通阀打开, 正常运行。当后期无气时, 将此阀门关闭。这时需要在沉降室安装一根导波雷达界面仪, 在水出口安装一台电动调节阀。运行时, 容器排液依靠来液压力, 油室常开, 排水要根据导波雷达界面仪的信号控制水出口电动调节阀的开度, 从而控制沉降室油水界面高度, 油水室高度不再考虑。
4 结论
本文通过对三相分离器在现场应用过程中存在的问题进行了讨论分析, 指出了解决目前存在问题的方向和措施, 为油田三相分离器经济高效运行提供了依据:
(1) 对于含砂量较大及后期开发含砂量可能上升的区块, 目前使用的HXS型三项分离器排砂效果不理想, 可应用新型排砂能力强的HBP型三相分离器, 减少因泥砂清理对正常生产的影响, 。
(2) 三相分离器的防腐是影响其经济运行的关键因素之一, 目前使用的防腐涂层和牺牲阳极保护阴极相结合的方法, 其效果还可以通过应用新型涂料和新的阴极保护技术来加强。
(3) 原油中伴生气的含量的高低对三相分离器的整体结构也提出了相应的要求, 对于油田后期开发可能出现伴生气含量低或无气的站点, 需要对其进行改造以适应后期的发展形势。
参考文献
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三相分离器质量控制要点及建议 篇5
油、气、水分离装置是油气勘探开发过程中的一种重要装置[1]。在原油处理工艺流程中, 三相分离器的运行效果直接影响着原油脱水、原油稳定等生产工序的正常运行[2,3], 因此需要对三相分离器的制造全过程进行全面的质量监控。
1 制造工艺及工作原理
(1) 制造工艺。三相分离器制造工序一般可以分为投料、筒体卷制及组焊、划线开孔、总装、整体外观及几何尺寸、水压试验、产品防腐和包装、成品外观检查等环节。其中材料验收、投料、划线开孔、整体外观及几何尺寸、成品外观检查等项为制造工艺的重点工序。
(2) 工作原理。三相分离器结构示意如图1所示。工作原理:油气水混合物由入口进入旋流预分离装置, 首先将大部分的气体分离出来并通过顶部气相空间经过脱水填料、消泡装置后, 再进入迷宫式捕雾器, 经过处理后的气体由排气口排出。预分离后的液体通过落液管流入流型分布与调整装置, 对流型进行整理。在流型整理的过程中, 作为分散相的油滴在此进行破乳、聚结, 实现水洗破乳后随油水混合物进入分离流场。在分离流场中设置稳流和聚结装置, 为油水液滴提供稳定的流场条件, 实现油水的高效聚结分离。随后进入二次填料分离装置, 在此过程中, 主要是脱除水中原油, 进一步降低水中含油量。分离后的原油通过隔板流入油腔;分离后的污水通过导管进入水腔, 完成油水分离过程。
2 制造过程质量控制
(1) 投料。核对原材料钢板及法兰质证书、入厂附件报告、外观质量及几何尺寸等;对板材及钢管进行分割前标记移植。
(2) 筒体卷制、组焊。检查组焊过程中焊工资格、焊接电流、焊接电压;检查焊缝表面质量、余高、咬边、棱角度、错边量;检查筒体最小壁厚、内径、直线度等参数。
(3) 无损检测。检查射线探伤机状况、待检焊缝表面质量;巡视射线探伤比例、方式、布片、探伤参数;抽检探伤底片和探伤记录。
(4) 划线、开孔。与图纸比对, 检查划线基准线、方位、尺寸;检查开孔大小, 重点检查开孔有无开在焊缝上。
(5) 总装。检查各部件外观质量;抽检C, D, E类焊接接头焊角尺寸、焊缝外观、表面质量;抽检接管法兰部件伸出筒体长度、偏差、垂直度、法兰倾斜度、螺栓孔布置等项。
(6) 整体外观及几何尺寸。检查容器总高或总长、筒体直线度、封头和筒体最小厚度;检查焊缝最大咬边深度和长度、角焊缝焊角高度和形状偏差;检查管口方位及尺寸、法兰密封面质量、法兰螺栓孔与设备主轴中心线位置、支座位置及地脚螺栓孔间距、容器内外表面质量、铭牌安装位置等项。
(7) 水压试验。检查水压泵运行状态, 压力表校准有效期、归零、精度;水压试验稳压30 min后, 检查焊接接头表面状况, 无渗漏、无异常声响、无变形现象为合格。
(8) 防腐及包装。检查防腐等级、漆层遍数、漆层厚度及漆层表面质量;检查铭牌内容完整性及合标性, 检查包装方式是否符合相关要求。
3 常见问题统计分析
通过对三相分离器制造环节及油田现场使用环节进行跟踪调研, 发现三相分离常见问题可归纳为原材料质量问题、图纸设计问题、外观制造问题、重要工序制造质量问题、其他质量问题等5大类,
(1) 原材料质量问题。原材料材质和性能不符合要求, 材料代用未征得设计院同意[3], 原材料外观及尺寸不符合要求等。原材料质量问题在质量问题统计中所占比例为12.10%。
(2) 外观质量问题。成品外观存在凹坑、焊接成型不良、焊缝缺陷、焊缝尺寸外观不合格和鞍座底板断裂、装运出现碰伤、磕伤等问题。外观质量问题在质量问题统计中所占比例为46.77%。
(3) 图纸设计问题。设计院图纸设计不合理, 达不到使用要求。图纸设计问题在质量问题统计中所占比例为10.48%。
(4) 重要工序制造质量问题。水压试验出现泄漏后未处理出厂, 焊接无损检测超标不处理, 气密性焊缝泄漏不处理, 成品不符合图纸要求等。重要工序制造质量问题在质量问题统计中所占比例为29.03%。
(5) 其他质量问题。设备售后服务滞后, 影响设备正常使用。这类问题在质量问题统计中所占比例为1.61%。
从5类问题所占比例可以看出, 重要工序制造质量问题和外观质量问题为重点问题, 应优先进行改进, 在保证重点问题得到解决的基础上, 还应对其他质量问题加以重视, 以满足现场使用需求。
4 质量控制改进建议
国内三相分离器制造单位的设备、技术、管理水平层次不齐, 尚未形成连续生产线形式的大型压力容器制造公司, 产品质量的好坏主要靠生产技工的自身水平及工作态度, 虽然国家一直强调压力容器设备制造过程必须由特种设备检测院监管, 但特检院并不跟踪产品生产的全过程, 只对一些重点工序进行抽检, 抽检工序包括RT底片抽检、水压试验及文件资料检查, 很难从根本上杜绝三相分离质量问题的出现。建议在三相分离器生产过程中引入第三方对生产全过程进行跟踪检查。第三方在生产现场组建监造组对生产过程进行监督, 并定时向业主发送日周报, 出现问题及时向业主反馈, 防止装置在油田使用时出现质量问题, 从根本上解决油田现场验收和使用问题。
摘要：三相分离器制造工艺和工作原理, 说明在三相分离器生产过程中实施质量控制的重要性;分析三相分离器生产中的常见问题和解决方案, 提出全面引入第三方监造的建议。
关键词：三相分离器,制造,质量控制,问题
参考文献
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三相分离 篇6
关键词：边际油田,交接计量,GLCC,三相分离器,不确定度
0 引言
秦皇岛33-1油田(QHD33-1)隶属于中海石油(中国)有限公司天津分公司,是一个可动用储量不足400万m2的自营边际油田,油稠且需注水开发,开发难度很大。为有效降低工程投资,提高油田开发效益,秦皇岛33-1工程方案考虑两个开发思路:依托现有的秦皇岛32-6油田(QHD32-6)进行开发(三一模式:一座井口平台、一条单层保温的海底管线、一根海底电缆);独立开发,如采用新建简易井口平台+小型FPSO模式等。通过对两大开发思路的技术及经济两方面的比较,推荐采用依托QHD32-6油田开发的工程方案。由于QHD33-1油田属于自营油田,其作业权益完全属于中海油,而QHD32-6油田为合作油田,外方占有一定作业权益,因此QHD33-1油田所产物在进入QHD32-6之前必须完成商业交接计量。
常规的原油贸易交接计量系一级计量,要求计量介质为商品原油(国内贸易要求含水率低于1%)。为满足一级计量要求,需要对井口物流进行一系列处理工艺,诸如:油气分离(2～4级)、原油除砂、原油脱水(化学药剂、电化学脱水等)、原油稳定等。这些原油处理工艺将极大增加工程投资,导致油田开发效益不能满足基本收益率的要求。因此,在有效实施油田开发的前提下,如何通过管理及技术创新突破传统商业交接计量模式要求,实现井口物流的新型商业交接计量模式,成为该项目工程方案亟需解决的关键问题。
1 计量方案研究背景
1.1 QHD33-1油田井流分析
QHD33-1油田油气生产主要具有以下特点:
(1)不同油井、甚至同一口井不同开发阶段的生产参数差异较大(主要生产参数如表1所示),高/低产量、极高/极低生产气油比、高/低含水率和高/低压力同时并存。
(2)某些油井产出伴生气中高含CO2(摩尔百分含量在80%左右)和/或N2。
(3)部分生产井和一些平台油气水流动段塞流比较严重、压力和流量波动较大。
(4)部分生产井产出流体油水乳化严重。
(5)部分油藏产出原油倾点较高,析蜡和结垢比较严重。
(6)不同油藏原油泡点压力差别甚大。
(7)油品比重比较大。
1.2 计量准确度要求
鉴于QHD33-1油田属于边际油田,简化其工艺方案是降低投资最为有效的手段之一,因此考虑对井流进行多相流计量以达到交接计量目的的计量方案。
在确保计量系统不存在偏差(始终为正向或负向的误差)的情况下,计量系统对井流中纯油的计量随机不确定度(从长期看来,其正负方向的误差可以抵消)应在±5%以内。根据GB 50350-2005《油气集输设计规范》的要求,该计量系统应满足三级计量要求,相当于含水原油的生产计量准确度要求。
1.3 现有计量技术
1.3.1 容积式及质量流量计
在成品油计量中常用的两种流量计为容积式流量计和质量流量计。容积式流量计又称正排量流量计,简称PD流量计或PDF,其原理是,流动的液体进入流量计时,被计量腔内旋转的固定容积空间连续不断地置换,被置换的这部分液体体积得到计数,通过修正等手段可以得到累计的体积流量。常用的容积式流量计包括smith刮板流量计、双转子流量计以及腰轮流量计等。科氏力质量流量计是运用流体质量流量对振动管振荡的调制作用,以科里奥利力现象为原理,以质量流量测量为目的的流量计。在测量单一流态的介质时,容积式流量计和质量流量计的测量精度均可优于±0.2%。在QHD33-1油田的应用要求中,介质为油气水三相流,且流态非常复杂,单纯采用容积式或质量流量计的方案均不适用,计量将严重失真。
2.3.2多相流量计
多相流量计不仅在陆上油田,而且在海洋平台以及水下设施都得到了应用,但尚存在一些问题:
(1)目前市场上大多数多相流量计在大部分流态下各相测量误差为10%左右。
(2)所有目前用于多相计量的技术都要求必须掌握流体的特性,比如介电常数、质量吸收系数等,若流体特性出现变化,则必须频繁评价及标定其传感器。
(3)目前市场上几种主要多相流量计不能适应介质含气率的变化,随着含气率的增加,液相的计量准确度将随之降低。
(4)目前尚无可被广泛接受的对多相流量计评估和定级的标准。
因此,现有的多相流计量技术及方案并不适用QHD33-1项目的应用场合,需要进行专项计量方案研究。
2 计量系统设计
2.1 计量方案初步选型
2.1.1 单独使用GLCC
GLCC(柱状旋风式气液分离器)概念由CHER-VON提出,经MSI(TULSA大学多相流分离技术实验室)开发成为适用于油气工业的设备。对于任何气油比,GLCC都可以实现对游离气体超过99%的分离效果。分离器由倾角向下的管道沿特定角度的切线方向与铅垂管道相连,多相流经入口段预分离后进入主分离器。由于旋流作用,在主分离器中,离心力、重力和浮力形成一个倒圆锥型的涡流面。密度大的液相沿铅垂管道的管壁流到分离器底部,密度小的气相沿涡旋的中央上升至涡面并流至分离器顶部,最终气相和液相分别从分离器的顶部和底部排出。并通过控制阀调整液位和压力,实现两相充分分离。GLCC缺陷在于对介质黏度较为敏感,随着黏度上升其气体分离效果变差。其结构如图1所示。
2.1.2 单独使用三相分离器
油气水三相分离器在油田转接站和联合站中有着广泛的应用。油气水混合物进入分离器后,进口分流器把混合物大致分成汽液两相,液相进入集液部分。集液部分有足够的体积使自由水沉降至底部形成水层,其上是原油和含有较小水滴的乳状油层。原油和乳状油从挡板上面溢出。挡板下游的油面由液面控制器操纵出油阀控制于恒定的高度。水从挡板上游的出水口排出,油水界面控制器操纵排水阀的开度,使油水界面保持在规定的高度。分离器的压力由设在天然气管线上的阀门控制。其结构如图2所示。
2.1.3 GLCC+三相分离器
该方案的优点在于:GLCC能够预分离出进入三相分离器的大部分气体以减少混合液中的含气率;三相分离器分离油中的游离水,控制油中水的含量;GLCC的分离后短时间流体滞后效应可控制系统的流量,通过PLC程序设计,使得油相的含水相对稳定。其结构如图3所示。
2.2 计量系统误差分析
流体中的气体夹带是计量不确定度的主要因素。针对油相出口计量的下述3种测量参数组合情况进行不确定度分析:
(1)组合一:质量流量、密度、含气率和含水率。
(2)组合二:体积流量、含气率、含水率。
(3)组合三:体积流量、含水率。
2.2.1 组合一
采用下述仪表进行油相相关参数测量:质量流量计,测量质量流量、混合密度;含气分析仪,测量含气率;含水分析仪,测量含水率。
纯油体积流量计算公式:
式中,qO为体积流量;m觶为质量流量测量值;ρ为密度测量值;fracW为含水率测量值;fracG为含气率测量值。
因此,纯油体积流量的不确定度εq O可按下式计算:
W式中,分别为质量流量、密度、含水率以及含气率测量值的不确定度。若仪表厂家并未提供整体不确定度,可按下式计算:
纯油体积流量的不确定度需要对体积流量关于质量流量、密度、含水率和含气率求偏导数以求得:
对于每个待测量参数和相应的不确定度,可参见推荐的仪表选型及生产厂家提供的不确定度数据,如表2所示。
基于表2,可拟出系统整体不确定度表示为含水率的方程,其曲线如图4所示。
从图4中可以看出,当含水率和含气率上升时,系统整体不确定度随之上升。当含气率低于10%、含水率低于80%或者含水率低于70%、含气率等于20%的情况下,系统整体不确定度可以保持在5%以内。
当采用科里奥利力质量流量计测量质量流量时,该仪表会受含气率影响,根据有关参考文献研究成果,将含气率对质量流量计影响叠加在图4上,可得到曲线如图5所示。
(考虑含气率对质量流量计影响)
若希望实现系统整体不确定度在5%以内,则必须保持含气率低于2%且含水率低于70%。
2.2.2 组合二
采用容积式流量计测量油相流体的体积流量。体积流量计算公式:
系统不确定度计算方法同组合一,具体推导公式为:
基于表2,将系统整体不确定度表示为含水率的方程,其曲线如图6所示。
从图6可以看出,当含水率高于80%时,系统不确定度急剧上升。在组合二的分析过程中,假定含气率不影响容积式流量计和含水分析仪的精确度,但实际上,该假定仅在含气率低于2%～3%且流态均匀的条件下成立。
(容积式流量计精确度假定为1%)
2.2.3 组合三
由于含气率的测量技术目前尚不成熟,其可靠性比起其他成熟的测量技术而言还相对较低。在组合三的情况下,含气率将不参与体积计算。因此,体积流量计算公式为:
系统不确定度计算方法同组合一,具体推导公式为:
与前两种组合分析过程类似,可得到曲线如图7所示。
(容积式流量计精确度假定为1%)
与组合二一样,不考虑含气率对容积式流量计和含水分析仪计量精度的影响。
2.3 方案选择
根据有关参考文献研究成果,在确保油相出口流体含气率低于2%的前提下,计量系统初步选型的3种模式尺寸对比如表3所示。
考虑到含气分析仪的可靠性较低,其测得的含气率不参与计算,仅用于监控流体含气情况,必要时做报警源使用。
通常情况下,流体中若仅含有少量的气泡而流态是均匀的,将不会对容积式流量计和含水分析仪的测量造成影响。但是在这种情况下,基于微波原理的含水分析仪,比如Phase Dynamics公司的产品,会将夹带气视作油,这将对最终换算结果产生一个偏差。由于整个油田全生命周期的井流黏度、含水率以及含气率均会发生不同程度的变化,合作双方应视计量系统油相基础含气率及油田实际生产情况谈判解决计量结果的偏差修正值,以体现合作方案的公平。
QHD33-1项目计量系统最终方案:
(1)采用“GLCC+三相分离器”的组合模式。
(2)在确保油相出口流体含气率低于2%的前提下,采用容积式流量计测量油相出口流体的体积流量,采用含水分析仪测量其含水率。
(3)考虑到三相分离器的气相和水相出口分别可能存在气夹带油和水夹带油的情况,系统偏差修正值在油田生产初期应选取在2%以内,合作双方根据整体合作框架等因素予以谈判确定。
计量系统最终方案相对单独使用三相分离器有如下优势:
(1)GLCC处在三相分离器上游,可实现段塞流捕集,这将使三相分离器工作更平稳且可靠性更高,从而平滑油气界面和油水界面,降低三相分离器内紊流出现的概率。
(2)GLCC分离了大部分的游离气,只有少量夹带气泡将流入三相分离器,后者的液体处理能力得到进一步提高。
3 结语
QHD33-1油田计量系统的成功研发解决了渤海边际小油田开发以及不同作业权益者之间合作的问题。该油田自2009年5月份投产至今,计量系统一直工作稳定,计量精度符合设计要求,得到了中外双方作业人员的一致认同。
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HXS型三相分离器在油田的应用 篇7
根据长庆油田采油一厂油田低渗低压的特点, 油田注水的大规模应用, 大幅度提高了原油采收率。该技术的广泛使用, 也伴随着原油液量增大, 含水不断增加。大量的高含水原油给脱水系统带来了一系列问题:1.采出水在沉降罐内停留较长时间, 细菌较多, 加快了采出水处理设施的腐蚀;2.气油比高, 油气混合物进入沉降罐内气液分离, 对净化油层冲击较大, 导致沉降罐运行不平稳, 净化油含水超标;3.原油内含有较多有毒气体, 原油进入沉降罐内, 气体从沉降罐上部排出, 对人体的伤害较大。4.沉降罐加热盘管长期处于采出水中, 腐蚀断裂严重, 影响系统的安全运行;5、由于沉降罐为开口运行, 油气挥发损耗量大;
二、HXS型三相分离器的工作原理及优点
1. 工作原理:
油气水三相分离主要依靠物质的密度差异, 在稳定的流场条件下, 物质由于收到不同的离心力或重力而分离。HXS型三相分离器内的汗水原油首先到达一级捕雾器, 将其中气体大部分分离出来, 气体进入二级捕雾器, 与从设备内气体一起流出三相分离器。在此应用旋液分离装置, 对原油和采出水进行预分离, 预分离后的油和水流入液体流型自动调整设备, 对液体进行整理, 在此过程中, 作为分散相的原油进行破乳、聚集, 而后随含水原油进入分离室, 在设备中有稳流和聚集装置, 为原油和采出水提供较好的集结条件, 实现原油和采出水的高效分离。分离后的原油流入油室, 分离出的采出水则进入采出水重新分离装置, 采出水中进一步降低含油量, 从而完成净化油、采出水和气体的分离过程。
2. HXS型三相分离器优点
(1) 旋流脱气
HXS型三相分离器采用旋流脱气技术, 使气体和液体由重力转变到靠离心力进行之间的分离, 分离效率得到了很大提高。运用旋流对气体和液体进行预脱气, 原油和采出水分离的液相容积由原来的45%左右可提高到90%以上。旋流脱气不仅能够提高设施的有效液相容积, 而且对平衡设施压力, 稳定动态有一定的作用。
(2) 设备优化
根据流动性强, 则物质停留时间长, 反之则停留时间短的道理, 在遵循三相流体力学理论的基础上, 我们对HXS型三相分离器的流型自动整理装置、聚集物料、采出水装置等的流动性能进行了试验, HXS型三相分离器的流场特征已较接近于塞状流, 整个流场的流动比较平稳、均匀, 返流和回流已经没有, 总体流场呈平稳的正向平面流动, 流动性能较好, 从而为原油和采出水的分离创造了两盒的流场环境。
(3) 活性水强化水洗破乳
HXS型三相分离器的破乳过程经现场试验, 原油和采出水分离效果有很大提高。实验结果是:水洗不仅能使采出水迅速分离, 使大多数水量从含水原油中剥离;同时含水原油在水洗室里进行磨擦、碰撞、翻滚和搅拌, 能够起到再次强化破乳的效果。
(4) 转化油水分离模式
HXS型三相分离器运用油水分离模式转化技术, 变传统分离的原油脱水为水中除油, 水作为连续相, 油滴作为分散相从连续相中分离出来。经试验, 在同一状态下, 原油的粘度要远大于水的粘度, 所以原油在水里的上浮速度要远大于水在油中的沉降速度, 即“水中除油”的效率要大于“原油脱水”的效率。
三、应用效果分析
长庆油田采油一厂自2007年先后在联合站先后使用了HXS型三相分离器, 在运用过程中, 效果较好, 主要表现在以下几个方面。
1. 实现集输系统密闭工艺
HXS型三相分离器的应用, 实现了原油集输站点的密闭工艺, 处理后气体经三相分离器处理后进入轻烃处理系统, 大幅度降低了净化油中的含气量, 确保了设备和设施的安全运行。
2. 较好的油水分离效果
(1) 降低原油含水低
使用后净化油含水基本处于在0.2%以下。
(2) 破乳剂使用量得到减少
含水原油进入HXS型三相分离器, 在水洗室里进行磨擦、碰撞、翻滚和搅拌, 加强了破乳的效果, 油出口含水维持在0.2%以下, 破乳剂浓度降低至100ppm左右, 较大降低了含水原油处理的成本。
(3) 采出水水质较好
经HXS型三相分离器处理后的采出水含油基本在25mg/L以下, 含悬浮物基本在25mg/L以下, 下游的处理负担得到了降低, 并且经联合站采出水处理系统处理后的采出水水质可达到国家标准的采出水回注指标含油≤10mg/L, 含悬浮物≤3mg/L。
四、认识和结论
对HXS型三相分离器几点的认识:
(1) 稳定进液对三相分离器的使用比较重要, 在运用过程中, 由于上游泵排量不定, 会造成短时间来液速度超过三相分离器的处理能力, 净化油含水短期内达到0.2%左右。
(2) 温度的高低对原油含水指标最为敏感, 较短时间的温度变化不会影响处理指标, 但较长时间的低温度运行将会导致处理指标不合格, 三相分离器达到到最佳的运行状态所需时间较长, 三相分离器的最佳使用温度为45-60℃。
(3) 从使用结果来看, 随着原油含水的上升有助于原油脱水, 因此随着长庆油田原油含水率的上升, HXS型三相分离器的使用效果将会更好。
结论
HXS型三相分离器采用了自动调整设备、采出水抑制设备等强力油水分离器件, 油气水三相分离可得到较快分离, 实现集输密闭处理工艺, 水质得到较大提高, 伴生气生产为轻烃, 站内工作环境得到改善。三相分离器体形小, 效率高, 使用方便, 降低了员工的劳动强度。根据HXS型三相分离器的特点及使用效果, 得到长庆油田采油一厂的认可。
参考文献
[1]范延骞高效三相分离技术在原油脱水中的应用。石油工程建设2005.
三相分离 篇8
自上世纪以来, 美、英、挪威、俄罗斯等国的一些大石油公司相继开展了多相流技术研究, 并研制开发了多种类型的多相流量计。我国多相流计量研究虽然起步较晚, 但也已形成了相当规模, 如兰州海默公司的M F M2000型三相流量仪、西安朗森公司的TFM-600三相流量仪等产品, 已在国内部分油田试用。
1.1 原油计量现状
单井计量方面:双容积分离器作为一种成熟的单量技术在我油田得到了广泛的推广使用, 它的主要优点在于运行稳定可靠、单量精度较高, 然而对于目前高油气比下的油气密闭混输流程来讲已达不到密闭计量的工艺要求。
区域计量方面:目前以腰轮流量计为主, 该流量计是容积式流量计, 主要优点是对液体计量精度高、重复性好, 但存在对介质纯净度要求过高、高油气比时误差大等缺点, 已无法满足油气密闭混输集输模式下的区块计量要求。
1.2 解决方案
通过调研选择成熟的油气水三相不分离在线计量产品, 在高油气比油田区块具有密闭集输工艺的丛式井组井场、计量接转站、联合站的现场安装试验。
油气水三相不分离计量技术的实验成功, 将不仅能解决单井、井组 (站) 油气密闭混输情况下在线计量技术难题, 而且能在很大成度上可以简化现有的集输工艺, 因此我们经过调研比较后, 选择引进西安朗森科技有限公司的TFM-600原油-水-天然气三相流量仪进行现场油气水不分离在线计量实验。
2 TFM-600原油-水-天然气三相流量仪
该流量仪是由西安朗森科技有限责任公司与西安交大多相流国家重点实验室合作开发的新一代三相流量仪。它吸收了国内外多相流计量技术方面的诸多优点, 在原有TFM-500原油-水-天然气三相流量仪的基础上进行了改造。
2.1 结构及原理分析
从图1可以看出TFM-600原油-水-天然气三相流量仪特点是不需要分离罐, 无任何运动部件, 无放射, 能够连续、稳定、自动计量油气水三相的流量流量计。
主要测量原理是应用倒U型管差压组合法测量气液比;利用流体静态混合器和文丘利管测量三相总流量;应用国际上普遍采用的微波测量技术测量油水比。
压力传感器2、温度传感器3、静态混合器4、文丘利管5、微波含水测量仪P1压差传感器P2、压差传感器P3、压差传感器
2.2 三相流量实验室标定装置总构成及实验对比数据
2.2.1 实验系统构成及装置
本检验台的主要仪器仪表除以上图中所示外, 还有数据采集器、计算机、磅秤、秒表、差压传感器、激光仪等。
(1) 试验所用工质有:柴机油、原油、水;
(2) 三相流量仪管道直径:50mm透明有机玻璃管及无缝钢管两套;
(3) 静态混合器器和文丘利管为:50m m透明有机玻璃管及碳钢各两套, 被测上升和下降直管段的长度为500mm;
2.2.2 实验室标定效验装置的作用及特点
(1) 标定效验系统可以利用装置中标准装置的液位计和精密孔板分别测量出油、气、水各单相流体的体积流量, 用它与三相流量仪的测量结果作对比。
(2) 标定效验系统利用调节阀门进行系统控制, 这样不仅可以控制单相、两相、三相流体通过流量仪, 而且可以任意调节流量大小。
2.2.3 实验数据对比及分析
等温等压下, 测量结果与实际值有一定的误差, 根据压力、温度、压降、含水、含气对计算公式分段修正后, 液量、油量、水量的测量误差小于±0.25%, 气的测量误差小于±0.35%, 含水率的测量误差小于±0.03%。通过数据分析得到以下结论:
(1) 用倒U型管测量含气率, 测量数据分析发现, 误差与压降、压力、温度有一定的函数关系;
(2) 文丘利管前段加装静态混合器的使用方法, 能够较好的改善进入文丘利管的混合液流态, 使之近似为单一流体, 提高了混合液总量的计量精度;
(3) 三相总流量大小对流量测量结果的影响:
三相总流量大于临界值时, 总流量越大, 液量、含水率、含气率的测量误差越小;三相总流量小于临界限值时, 总流量、含气率的测量误差偏大;
3 现场实验
3.1 实验地点
在靖安油田盘古梁作业区靖三联合站现场安装TFM-600原油-天然气-水三相流量仪一台。盘古梁作业区的主要生产层位为延长组长6层, 油气比高达60m3/t左右, 靖三联合站产进液量约为1800 m3/d, 其中进流程的约为1500 m3/d, 综合含水在15%左右。
3.2 实验流程
通过对TFM-600原油-天然气-水三相流量仪的技术特点和适用特点进行分析后, 决定将其串接在产进换热器之前, 对靖三联合站产进液量进行在线计量。其优点在于一方面可以稳定三相流量仪的临界流量范围, 提高计量精度;一方面流程上便与进标定罐进行液量标定。试验流程示意图2如下:
3.3 现场安装TFM-600原油-天然气-水三相流量仪
3.3.1 硬件组成
该流量仪主要由以下三部分组成:
(1) 全不锈钢串联式测量装置:这一部分是精心设计的测量管路系统, 其作用是产生反映流动特性的信号;
(2) 防爆型一次测量仪表:高精度的电容式压力及差压变送器、铂电阻温度计、油水比测量仪等;
(3) 智能化二次仪表:计算机处理系统, 组态软件为自行开发。
3.3.2 主要技术参数
流量计量范围:1200-2000t/d精度:±3%;
油水比:0-100%精度:±3%;
油气比:0-99%精度:±4%;
流动条件:适用于各种流型 (泡状、弹状段、塞状、环状流) 以及水为连续相或油为连续相的情况;
3.3.3 技术特点
(1) 采用微波法测量含水率, 使国内三相流量仪技术接近国外先进水平;
(2) 采用差压组合法进行气液比的测量, 原理新颖;
(3) 测量段采用均流装置降低多相流脉动, 提高了系统的稳定性和计量精度;
(4) 流体物性进行自动跟踪补偿, 采用四字节浮点运算, 计算精度高;
具有实时时钟、掉电保护功能;采用中断方式工作, 响应迅速;
4 实验数据分析及下步工作构想
由于该流量仪引进较晚, 同时因生产情况的影响目前只对来油含水率进行了标定。
现场实验平均含水率误差为2.26%, 达到了合同所要求的计量精度。
T F M-600原油-水-天然气三相流量仪在我厂现场实验只进行到了初步阶段, 下一步我们将在生产条件允许的情况下进行液量和含气率的标定工作, 同时我们希望能够与厂家和科研院所进一步合作, 将油、气、水三相不分离在线计量技术应用到单井计量领域, 从而在根本上解决我厂高油气比情况下的原油计量问题, 建立完善的油气密闭混输集输模式。
摘要：多相流计量问题是世界性计量难题。我厂在积极推广油气密闭混输集输模式, 进行油田伴生气资源综合治理的同时, 努力引进先进多相流计量技术及设备, 以解决油气密闭混输情况下的油气水三相不分离计量问题。
关键词：多相流,计量,密闭集输
参考文献
[1]戴永庆.溴化锂吸收式制冷技术及应用[M].北京:机械工业出版社