氣液高效漩流分離器GLCC在海洋石油采油工藝流程中的應(yīng)用

1、氣液高效旋流分離器在海洋石油采油工藝流程中的應(yīng) 用李學(xué)科1 溫哲華1 耿亮1 豐元洲1 余俊雄1 王忠江1 游小華1 李學(xué)軍2 （1.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司渤西作業(yè)區(qū) 2.中海油能源發(fā)展股份有限公司油田建設(shè)公司渤海裝備分公司）摘要：為了更好的節(jié)能減排，中海油天津分公司啟動(dòng)岐口17-2油田污水回注項(xiàng)目，針對(duì)該油田平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)空間的特殊情況，項(xiàng)目中首次使用氣液高效旋流分離器（glcc）作為氣液生產(chǎn)分離器，由于該油田東高點(diǎn)海管遠(yuǎn)距離輸送流體產(chǎn)生很大的段塞流以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝位置影響，最初氣液高效旋流分離器（glcc）工作很不穩(wěn)定，經(jīng)過廠家和現(xiàn)場(chǎng)人員精心調(diào)試，幾經(jīng)修改的控制方案，最后實(shí)現(xiàn)很好的氣

2、液分離控制。關(guān)鍵詞： 節(jié)能減排 氣液高效漩流分離器 氣液分離 多相流計(jì)量the application of glcc in cnooc extraction technology processabstract: in order to save energy and reduce emission, qikou 17-2 platform of cnooc tianjin .ltd started a project for wastewater re-injection. for the special circumstances of the qikou 17-2 platform o

3、n-site space, the project used highly efficient gas-liquid cylindrical cyclone (glcc) as gas-liquid production separators for the first time in chinese offshore platform. due to impact of high sea-control long-distance transmission fluid to produce a great slug flow on qikou 17-2 platform to the eas

4、t, as well as impact of on-site equipment installation location, gas-liquid separator work is very unstable at first. after a factory and on-site staff carefully debugged, modify the control scheme for several times, finally, achieved a good control of gas-liquid separation.keywords: energy-saving e

5、mission reduction; gas-liquid cylindrical cyclone (glcc); gas-liquid separator; multiphase flow measure1引言自2003年國(guó)內(nèi)第1套氣液高效旋流分離器（glcc）多相流計(jì)量系統(tǒng)在中原油田獲得成功運(yùn)用至今，基于glcc的多相流分離計(jì)量系統(tǒng)先后在中海油錦州20-2、錦州jz21-1、曹妃甸11-1獲得廣泛應(yīng)用，其穩(wěn)定的性能和較高的測(cè)量準(zhǔn)確度深受用戶好評(píng)。然而作為生產(chǎn)分離使用確是首次在中海油岐口17-2油田應(yīng)用，本文將討論岐口17-2油田將glcc作為氣液生產(chǎn)分離器的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果。2. 氣液高效旋流

6、分離器glcc工作原理glcc(gas-liquid cylindrical cyclone柱狀旋流式氣液分離器)多相流分離計(jì)量系統(tǒng)是美國(guó)tulsa大學(xué)開發(fā)的高效分離計(jì)量系統(tǒng)，其原理為：進(jìn)口由傾角向下的管道沿切線方向與鉛垂管道相連，多相流經(jīng)預(yù)分離后進(jìn)入主分離器。在主分離器中，由于旋流作用，離心力、重力和浮力形成一個(gè)倒圓錐形的渦流面。密度大的液相沿鉛垂管道的管壁流到分離器底部，密度小的氣相沿渦旋的中央上升至分離器頂部，最終氣相和液相分別從分離器的頂部和底部排出；并通過控制閥調(diào)整液位和壓力，實(shí)現(xiàn)兩相充分分離。glcc多相流分離計(jì)量系統(tǒng)是基于氣液兩相高效分離的計(jì)量系統(tǒng)，要維持系統(tǒng)的有效分離，必須以分

7、離器內(nèi)部的液位運(yùn)行在一定區(qū)間范圍內(nèi)為前提，合理和有效的液位控制系統(tǒng)是保證glcc穩(wěn)定運(yùn)行和氣液兩相充分分離的關(guān)鍵。3. 岐口17-2油田glcc的結(jié)構(gòu)組成以及在工藝流程中的作用下圖是glcc在油氣水三相分離處理工藝流程示意圖。海管東高點(diǎn)物流西高點(diǎn)平臺(tái)加熱器西高點(diǎn)物流燃料氣處理系統(tǒng)glcc補(bǔ)氣油水二相分離器(（v-102）污水處理系統(tǒng)原油外輸泵油氣水三相分離處理工藝流程示意圖glcc此前主要是作為計(jì)量分離器使用，其作為氣液二相分離器使用尚屬首次。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定、技術(shù)成熟，已有成型產(chǎn)品。鑒于對(duì)氣液分離的指標(biāo)要求較高（氣中含液不大于50mg/m3，需要適應(yīng)生產(chǎn)周期內(nèi)氣液量較大幅度的變化）的

8、要求，確定了氣液分離器“兩分一穩(wěn)一控”的技術(shù)路線，即：兩級(jí)分離器，一級(jí)分離器為預(yù)分離器，用于氣液的初步分離，分離出的油水混合物（液體中無可見氣體）進(jìn)入油水二相分離器，分離出的氣體進(jìn)入氣體管路；二級(jí)分離器為旋流分離器，用于處理一級(jí)分離器氣路中氣體夾帶的液滴，經(jīng)二級(jí)分離后，氣體中夾帶的液滴量滿足指標(biāo)要求，氣體進(jìn)入穩(wěn)流器，油水混合物進(jìn)入油水二相分離器；一穩(wěn)是指一個(gè)氣液穩(wěn)流器，穩(wěn)流后的氣體液體進(jìn)一步重力分離，氣體進(jìn)入氣處理系統(tǒng)和用戶，油水混合物進(jìn)入油水二相分離器分離器；一控是指一個(gè)液位控制器，用于一級(jí)旋流器、二級(jí)旋流器和穩(wěn)流器的液位控制，實(shí)現(xiàn)液位在特定范圍內(nèi)，液相出口不出氣體，氣相出口不出液體。為了保

9、證設(shè)備的安全可靠性，設(shè)計(jì)單位與廠商針對(duì)項(xiàng)目的要求進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，增設(shè)了壓力控制裝置和補(bǔ)霧裝置。glcc的設(shè)計(jì)操作壓力為650kpag，操作溫度5560，處理后的氣相出口含液量不大于50mg/m3。glcc原理結(jié)構(gòu)見下圖：glcc氣液分離器成撬示意圖以及工藝pid流程圖glcc氣液分離器成撬示意圖glcc的工藝pid流程圖4. glcc氣液分離的控制方案選擇實(shí)現(xiàn)過程glcc.的作用是將氣液高效分離。其控制有液位控制和壓力控制。glcc此前主要是作為計(jì)量分離器使用，其控制方式在一般情況下，液位控制由“優(yōu)化控制”實(shí)現(xiàn)。作為氣液二相分離器使用尚屬首次，所以為了防止壓力偶爾可能超出設(shè)定范圍，增加了壓力

10、控制模塊。glcc采用就地控制盤控制，通過rs-485通訊協(xié)議將，壓力、液位、氣閥開度、液閥開度傳輸?shù)街醒肟刂剖摇?現(xiàn)對(duì)分離器的液位和壓力控制做如下說明： 在壓力處于正常范圍情況下，為優(yōu)化控制. 在壓力超出正常范圍情況下，氣路上的控制閥將切換到壓力控制模式。 即當(dāng)壓力超出正常范圍時(shí)，氣路控制閥將不再以液位控制為優(yōu)先，而是以壓力控制為優(yōu)先。這樣壓力將迅速穩(wěn)定至正常水平。優(yōu)化控制方案示意圖調(diào)試前的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：glcc數(shù)據(jù)pic-1061三相分離器數(shù)據(jù)(kpa)p=485.5kpal=90.75%577621581gcv=0.0%lcv=100.54%568581568sp=500kpa, p=44k

11、pa,/13kpa1) 測(cè)試lcv閥的反應(yīng)時(shí)間和閥位反饋速度和精度，結(jié)果：開關(guān)：37秒；關(guān)開1分9秒lcv閥的開度與反饋的對(duì)應(yīng)數(shù)值37秒閥的開度（%）反饋數(shù)值（%）1分9秒閥的開度（%）反饋數(shù)值（%）100102.600.347578.42524.745051.85051.142523.97577.7500.34100101.99由測(cè)試數(shù)據(jù)看，反饋值的偏差較小，經(jīng)觀察，反饋速度較快，但lcv 由關(guān)到開的時(shí)間較長(zhǎng)： 2) 氣相閥gcv的測(cè)試結(jié)果：開關(guān)：7.5秒；關(guān)開7秒3) glcc排空，檢查液位變送器：顯示：85.5%/-228.5mmh2o1.29%/-1559 mmh2o0.75%/-15

12、68 mmh2o全量程負(fù)遷移：1675 mmh2o液位變送器工作正常。4) 檢查gcv控制閥的機(jī)械零位：卸開閥桿連接件，利用閥門定位器的零位調(diào)節(jié)旋鈕，將機(jī)械零位下調(diào)1%左右。確保氣體閥關(guān)閉時(shí)，泄漏量減少到最小。聯(lián)系吳忠閥門，lcv 閥動(dòng)作滯后的原因是閥頭較大，通過閥門定位器排氣速度太慢， 經(jīng)過與閥門廠家聯(lián)系，被告知，可調(diào)整排氣螺絲，加大放氣速度，調(diào)整lcv控制閥的速度為：開關(guān)：15.59秒；關(guān)開24.38秒5) glcc切入系統(tǒng)v-102（三相分離器）的壓力pic-1061=566614kpa，設(shè)定壓力：500 kpa，（報(bào)警壓力：1500kp關(guān)斷壓力：1600kpa）此時(shí)將glcc切入系統(tǒng)；

13、總旁路閥關(guān)閉，gcv手動(dòng)全關(guān)，lcv手動(dòng)全開；glcc相當(dāng)于一個(gè)直通的u型通道，以便觀察整個(gè)平臺(tái)工藝流程的邊界條件；投入初期，glcc的液位波動(dòng)比較大，液位有超過量程現(xiàn)象，為了防止液體隨天然氣進(jìn)入下級(jí)壓縮機(jī)用戶，因此對(duì)氣閥gcv加入控制：通過手動(dòng)改變gcv的開度：gcv=10%;系統(tǒng)液位波動(dòng)穩(wěn)定；此時(shí)glcc和v-102數(shù)據(jù)如下：glcc參數(shù)：p=646/661/672/656/604kpal=58/58/56/49%v-102參數(shù)：qg=2439/2561/3400m3/hql1=5772118m3/hqhc=80m3/hp=566/578kpagcv=12%系統(tǒng)液位波動(dòng)不大，有較大段塞流來

14、臨的時(shí)候，液位超過85%,使gcv強(qiáng)制關(guān)閉的動(dòng)作；gcv=15%系統(tǒng)波動(dòng)稍好；gcv=20%系統(tǒng)波動(dòng)較大，有液位超過85%,使gcv強(qiáng)制關(guān)閉的動(dòng)作。6) 原因分析由于現(xiàn)場(chǎng)空間glcc只能安裝在下層甲板，而v-102在中層甲板，這就造成glcc系統(tǒng)出口到v-102入口的落差：6.4m+2.7m=9.1m. 分析：落差的壓力計(jì)算：glcc壓力：p=646/661/672/656/604/639kpa=646.3v-102壓力：p=566/578/587kpa=577p1=pglcc-pv-102=646.3-577=69.3kpa由9.1米落差產(chǎn)生的壓差：p2=gh=0.777*9.8*9.1=6

15、9.3 kpa（混合液的密度以777kg/m3來估算）p1和p2相似，說明glcc 和v-102之間的壓差，主要是由兩個(gè)設(shè)備之間的落差引起的；當(dāng)系統(tǒng)平衡時(shí)，這個(gè)壓差是倒懸在glcc出口上的，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)波動(dòng)，glcc入口壓力降低，就會(huì)出現(xiàn)壓差倒掛現(xiàn)象；引起液體倒流，使glcc液位上升；當(dāng)大段段塞流來臨時(shí)，液位也會(huì)較快上升；因此段塞流和系統(tǒng)落差是引起glcc較難控制的原因。段塞流是固有的，不能消除；但如果將glcc前端壓力提升，以減少液柱的影響，是解決問題的方向。7) 更改控制方案，準(zhǔn)備系統(tǒng)提壓提壓前分離器和glcc的壓力數(shù)據(jù)：v-102壓力=57730kpa；glcc壓力=646.330 kp

16、a在v-102的為基準(zhǔn)：考慮液柱的69.3kpa的影響，在glcc前提100kpa左右。glcc提升100kpa后壓力=646.330+100=716.3776.3;glcc進(jìn)一步調(diào)整控制方案和相應(yīng)產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)及措施經(jīng)過近幾天的調(diào)試，從glcc運(yùn)行效果的提高的角度來看，還需進(jìn)一步提升一個(gè)合理的壓差，需要調(diào)整gcv和lcv的開度，具體方案如下：序號(hào)步驟風(fēng)險(xiǎn)措施1gcv=12%lcv=100%調(diào)整到90%氣相進(jìn)液現(xiàn)場(chǎng)人員監(jiān)控；當(dāng)液位高度超過分離器85%時(shí)，gcv自動(dòng)關(guān)閉；2gcv=12%lcv=90%調(diào)整到80%或其他合理開度工藝系統(tǒng)關(guān)斷現(xiàn)場(chǎng)人員監(jiān)控；一旦壓力上升較快，立即全開lcv;或開旁路；調(diào)整

17、控制方案：glcc系統(tǒng)采用的氣路調(diào)節(jié)閥采用壓力控制，液路調(diào)節(jié)閥采用液位控制。同時(shí)設(shè)置了如下的安全聯(lián)鎖：（控制方案見下圖） 液位 85，液路調(diào)節(jié)閥全開，氣路調(diào)節(jié)閥全關(guān)。 壓力 780 kpa，液路調(diào)節(jié)閥全開。將gcv控制回路，進(jìn)行限位量程變換技術(shù)，使pid控制在限位的小區(qū)域內(nèi)，能全范圍平滑控制；lcv完成限位pid控制程序的編制；下載，并調(diào)試成功!gcv ：?jiǎn)位芈穚id控制；p=22 ; i= 0.8; d=0; c_l=12; o_l=30lcv ：?jiǎn)位芈穚id控制；p=30 ; i= 0.8; d=0; c_l=70; o_l=90; 控制方案示意圖經(jīng)過進(jìn)一步運(yùn)行觀察系統(tǒng)比較穩(wěn)定！偶爾較大段塞流來的時(shí)候，gcv和lcv會(huì)保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)；系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好。進(jìn)行沖擊實(shí)驗(yàn)，從閉排罐打回流到glcc;起泵；50%開閥沖擊glcc, 系統(tǒng)出現(xiàn)波動(dòng)；但稍候立即回復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)； 以100%開閥沖擊glcc,（30m3/h的沖擊量），系統(tǒng)很快回復(fù)穩(wěn)定。5. 結(jié)論以及應(yīng)用推廣現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用證明，glcc系統(tǒng)采用的氣路調(diào)節(jié)閥采用壓力控制，液路調(diào)節(jié)閥采用液位控制。同時(shí)設(shè)置了的安全聯(lián)鎖（液位 85，液路調(diào)節(jié)閥全開，氣路調(diào)節(jié)閥全關(guān)；壓力 780 kpa，液路調(diào)