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，然后進入火炬進行燃燒和處理，以實現(xiàn)天然氣的釋放。集氣站內放空作業(yè)有以下三種情況:實際生產(chǎn)過程中,當集氣站設備出現(xiàn)超壓,系統(tǒng)壓力高于安全閥設置壓力時,設備或管線上的安全閥將自動開啟進行泄壓;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,難以將井筒內積液帶出,通過站內放空帶液確保氣井正常生產(chǎn)。集氣站生產(chǎn)流程(見圖1)。集氣站內放空分液罐容積為1.35m集氣站放空作業(yè)時應嚴格控制放空速度,放空天然氣先經(jīng)過放空分液罐進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,部分氣井攜液能力降低,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,隨著產(chǎn)氣量及地層壓力的降低,氣井攜帶游離水量增大,其中42.2放空天然氣放空分離現(xiàn)有放空系統(tǒng)核心分離設備為放空分液罐。放空分液罐為主要油水分離設備,根據(jù)氣液密度差異,采用重力沉降方式達到氣液分離的目的。液滴在隨氣流水平方向的速度u運動的同時,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。以氣井進站壓力6.4MPa為例,說明放空天然氣放空分離情況。當氣井進行放空解堵作業(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)相關的腐蝕研究資料表明,當溶液中的H同時,由于放空火炬僅為φ159×8的立管,結構簡單,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入火炬立管的機率增大,將影響火炬的正常燃燒,輕則污染周邊環(huán)境,重則導致含硫化氫天然氣擴散危急居民安全。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)進行改進以滿足放空作業(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導致游離水進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構示意(見圖4)。放空氣體從氣進口進入,在導流板的作用下,氣流作旋轉運動,氣體中的液滴向管壁聚結,并隨氣流一起向下進入罐體內的折流板中,折流板進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。溶解有可燃氣體組份的凝液在閃蒸分液罐內實現(xiàn)氣液分離過程;分離出的液相經(jīng)排液口排出;氣相則進入旋流管,沿螺旋隔板作強制旋流運動。由于強制的反復的旋流運動,氣體中的液滴在離心力作用下向旋流管內壁聚結,小液滴聚集成大液滴,氣量較小時,向下沉降進入罐體1的底部;氣量較大時,這些聚集的大液滴,會隨氣流向上運動,進入固定閥罩,由于流通截面的擴大,流速降低,向下沉降落入水封液中,補充水封液。進入固定閥罩的氣流,通過固定閥罩和浮動閥罩之間狹小的環(huán)形縫隙,進入其頂部的封閉空間內,使封閉空間內的壓力升高,當壓力產(chǎn)生的向上作用力大于浮動閥罩的重量時,浮動閥罩向上運動,向上運動過程中,封閉空間的容積不斷擴大,減緩了向上運動的速度,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。若不進行放空和閃蒸作業(yè)時,罐體1內的氣量減少,氣壓降低,浮動閥罩依靠重力向下運動,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、可燃氣體分液、氣體阻火的水封功能于一體的優(yōu)點,它節(jié)省材料,占用場地面積小,結構簡單,成本低,利用率高。在通常情況下罐體壓力為常壓,只有在集氣站進行放空作業(yè)或者在分離器排液過程中才承壓存液,設備本體上安全閥的起跳壓力設定為2.5MPa,有效地保證了設備安全運行。3.2旋風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重的問題,經(jīng)調研論證,選用旋風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入火炬內部,切向進入的天然氣受筒體器壁的約束由上向下作螺旋運動,由于水滴和天然氣的密度差,導致游離水向心力大于氣體的向心力,水滴的質量越大,向心力作用效果越明顯,從而實現(xiàn)氣體和水分的進一步分離,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,避免了積水過多導致天然氣攜帶水對火炬燃燒的不利影響。RH-II型火炬結構(見圖5)。旋風式放空分液火炬核心設備為旋風分離器,放空天然氣在旋風分離器內的運動情況(見圖6)。分離因數(shù)KC是反映旋風分離器的重要指標,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,必須對其進出口水含量進行測定,鑒于氣井放空過程中天然氣含水量較多,成分復雜,不能滿足目前儀器測量及化學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,旋風式放空分液火炬出口天然氣處燃燒充分,未有液體噴出,認為放空過程中的攜帶液體已在上游分離設備中分離完全。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在進站總機關處放空帶液1h,火炬底部排污約1.7m通過上述實驗及統(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