GLCC高效節(jié)能分離器

1、一種新型的高效節(jié)能分離器GLCC©在中海油的應(yīng)用研究一種新型的高效節(jié)能分離器GLCC©在中海油的應(yīng)用研究【摘要】本文從經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性的角度，結(jié)合在CFD11-6平臺的使用經(jīng)驗(yàn)，分析GLCC©分離器的在海上油氣田推廣的意義?！娟P(guān)鍵詞】：高效，節(jié)能，分離器，GLCC©1，引文2004年中海油引進(jìn)的第一臺基于GLCC©（Gas-Liquid Cylindrical Cyclone氣液柱狀旋流分離器）分離技術(shù)的多相流計(jì)量系統(tǒng)安裝在JZ202NW氣田，以取代傳統(tǒng)的測試分離器，通過三年多的不間斷應(yīng)用證明，該設(shè)備大大提高了氣田計(jì)量的準(zhǔn)確度和適時(shí)性。2006年

2、11月，中海油-KMG在CFD11-6項(xiàng)目一級分離器使用了GLCC©技術(shù)，取代了傳統(tǒng)的生產(chǎn)分離器，經(jīng)過近2年的運(yùn)轉(zhuǎn)評估，該設(shè)備在節(jié)約能耗、減少平臺空間、拓寬操作范圍、降低平臺總體投資上相比傳統(tǒng)的油氣分離器具有較大的提高。2，傳統(tǒng)分離器和GLCC©分離器的技術(shù)簡介2.1，傳統(tǒng)油氣分離器的原理目前中海油的大多數(shù)在用的油氣分離器的原理是：通過重力沉降法進(jìn)行氣液分離，根據(jù)處理量和沉降時(shí)間（斯托克斯方程）來求算分離器容積。通過隔油法（密度差方式）進(jìn)行油水分離以實(shí)現(xiàn)三相分離。國外的規(guī)范多源自美國API12J SPECIFICATION FOR OIL AND GAS SEPARATOR

3、。中國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為:中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)油氣分離器設(shè)計(jì)規(guī)范SY/T 0515-1997。圖表 1 臥式油氣分離器的原理圖（API12J）圖表 2 立式分離器原理圖（API12J）2.2，兩相分離器現(xiàn)狀及存在的問題油氣分離器為平臺上占地面積較大的設(shè)備，由于容積較大，其產(chǎn)生的能耗和壓損都比較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)一臺臥式油氣分離器電伴熱能耗一年就接近10800kwh(按每年四個(gè)月計(jì)算)。而油氣分離器內(nèi)部流速忽略不計(jì)，因此流體的速度能頭在油氣分離器內(nèi)降為0。傳統(tǒng)油氣分離器還存在操作范圍窄、抗斷塞流能力差等缺點(diǎn)。一些兩相分離器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)不優(yōu)化，控制液位困難，經(jīng)常會造成氣路串油，油路串氣現(xiàn)象。2.3，

4、新型分離器GLCC©的原理GLCC©Ó概念由CHERVON提出，經(jīng)MSI（TULSA大學(xué)多相流分離技術(shù)試驗(yàn)室）開發(fā)，已形成一個(gè)適用于油氣工業(yè)的設(shè)備，GLCC©Ó專利及全部知識產(chǎn)權(quán)屬于美國MSI。截止到2005年底，全世界已有超過1500臺GLCC©投入使用。圖表 3 GLCC©分離器原理圖分離器工作原理如圖2所示，分離器由傾角向下的管道沿特定角度的切線方向與鉛垂管道相連，多相流經(jīng)入口段預(yù)分離后進(jìn)入主分離器。由于旋流作用，在主分離器中，離心力、重力和浮力形成一個(gè)倒圓錐型的渦流面。密度大的液相沿鉛垂管道的管壁流到分離器底部，密度

5、小的氣相沿渦旋的中央上升至渦面并流至分離器頂部，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。3，CF11-6油氣分離器項(xiàng)目簡介3.1項(xiàng)目背景平臺的油氣分離器最初設(shè)計(jì)選用立式油氣分離器，按照API12J進(jìn)行設(shè)計(jì)，容器的設(shè)計(jì)尺寸為：DN1400mm×10m(T-T)。由于平臺空間有限，因此在基本設(shè)計(jì)階段KMG專家建議采用GLCC©分離器以減少分離器占地面積。改為GLCC©分離器后分離器的設(shè)計(jì)尺寸為：DN650mm×5m(T-T)。并在GLCC©上增加斷塞流處理裝置，以處理在匯管后形成的斷塞流。3.2平臺

6、總體工藝簡介自井口（CFD11-6自身平臺的生產(chǎn)井和CFD區(qū)塊其它井口平臺的生產(chǎn)井）的來流進(jìn)入生產(chǎn)匯管和測試匯管，生產(chǎn)匯管和測試匯管匯合的油水氣三相流進(jìn)入平臺生產(chǎn)分離器GLCC©，GLCC©分離后的氣相進(jìn)火炬系統(tǒng)，液相通過海底管道輸送到下游平臺進(jìn)行處理。圖表 4 CFD11-6平臺工藝流程圖3.3項(xiàng)目難點(diǎn)1) 來流壓力2.9MPa,氣液出口壓力均為0.1MPa，壓力變化梯度大；2) 部分井口平臺和中心平臺由于海管的高度落差會產(chǎn)生一定的斷塞流（圖4），因此，GLCC©設(shè)計(jì)前必須進(jìn)行斷塞流的數(shù)值模擬，并提供解決方案。3) 分離器容積小，壓力梯度大，如何保證壓力平穩(wěn)控制

7、，不影響火炬系統(tǒng)的正常運(yùn)行，同時(shí)液位控制平穩(wěn)，不會在嚴(yán)重?cái)嗳靼l(fā)生時(shí)GLCC©發(fā)生氣路串液。圖表 5 部分井口平臺與海管的落差會產(chǎn)生斷塞流3.4 生產(chǎn)分離器的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)正常操作壓力2.9Mpa操作溫度81最大操作壓力4.65 MPa介質(zhì)油、氣、水 產(chǎn)油量46750.00STBbl/D產(chǎn)氣量9000.00MSCF/D產(chǎn)水量8250.00STBbl/DDensity39 API 3.5 設(shè)計(jì)過程1) 根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)對流型模擬；2) 將生產(chǎn)數(shù)據(jù)輸入MSI開發(fā)的GLCC模擬器；3) 根據(jù)流型模擬結(jié)果選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算模型；4) 產(chǎn)生工藝計(jì)算書和性能曲線；5) 控制系統(tǒng)仿真；6) 對計(jì)算結(jié)果收斂。

8、3.5 GLCC©外形圖圖表 6 CFD-11 GLCC©外形圖3.5 設(shè)計(jì)特點(diǎn)1) GLCC©入口進(jìn)行了優(yōu)化，根據(jù)斷塞流模擬的結(jié)果將入口和控制進(jìn)行了優(yōu)化，增加了斷塞流整流器。2) 控制系統(tǒng)增加了斷塞流智能判斷模塊，通過液位變化率和液位控制閥LCV閥位的計(jì)算，判斷斷塞流強(qiáng)度并反饋PLC，對閥門進(jìn)行突發(fā)性控制；3) 通過MATLAB仿真，對系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間PID設(shè)置進(jìn)行了優(yōu)化， PID采用了自適應(yīng)調(diào)節(jié)方式；4) 在正常情況下，GCV用來控制壓力，LCV用來控制液位，回路控制按照MSI專利的“優(yōu)化控制法”進(jìn)行控制。5) 當(dāng)液位高高LAHH時(shí), 通過連鎖關(guān)斷GCV（氣開）

9、的供風(fēng)電磁閥；6) 當(dāng)壓力高高PAHH時(shí), 通過連鎖打開 LCV-001閥（氣關(guān)）；.圖表 7 控制系統(tǒng)的仿真4，應(yīng)用效果CFD11-6平臺GLCC©于2006年11月投產(chǎn)，至今已經(jīng)正常運(yùn)行了將近一年多時(shí)間，對系統(tǒng)的應(yīng)用情況進(jìn)行了多次跟蹤調(diào)查。壓力總體波動：±1%(設(shè)定點(diǎn))液位總體波動：±10%(設(shè)定點(diǎn))內(nèi)部高高低低，連鎖動作：2安全閥起跳：0問題：氣相出口有時(shí)會少量帶霧沫，不影響生產(chǎn)。值得一提的是，產(chǎn)量增加近1倍GLCC©仍然正常工作。原GLCC©設(shè)計(jì)最大流量為9000.00MSCF/D,在2007年9月18日，CFD作業(yè)區(qū)發(fā)來傳真，詢問氣相

10、處理量增加至14500MSCF/D是否可以正常應(yīng)用而且未來可能還會增大，經(jīng)過對系統(tǒng)進(jìn)行重新核算，我們回復(fù)可以正常應(yīng)用。現(xiàn)在該GLCC工作至2倍的設(shè)計(jì)工況下，仍然平穩(wěn)運(yùn)行。下圖2007年11月30日至2007年12月1日24小時(shí)分離器的運(yùn)行監(jiān)測曲線，可以看到，由于來流波動比較大，液控閥的動作較為頻繁。但是兩個(gè)被控變量：壓力和液位波動不大。圖表 8 CFD11-6平臺GLCC©運(yùn)行曲線（24小時(shí)）5，綜合效益與最初設(shè)計(jì)的重力分離器設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)經(jīng)濟(jì)性比較：容器尺寸重量伴熱能耗（年）重力分離器DN1400×1122021t10800kwh+加熱能耗？GLCC©DN650&#

11、215;77006.5t4000kwh圖表8 CFD11-6 相同處理量GLCC與立式分離器對比6，結(jié)論GLCC©作為一種小型、高效、節(jié)能的分離器，是非常適用于海洋生產(chǎn)平臺的一種新技術(shù)，尤其在空間要求盡量緊湊，盡量節(jié)約能耗的設(shè)計(jì)中，這種新技術(shù)的應(yīng)用將大大提高平臺空間的利用率。根據(jù)CFD11-6平臺GLCC©長周期運(yùn)行監(jiān)測，GLCC©操作范圍和運(yùn)行平穩(wěn)度上已經(jīng)超出了預(yù)期的目標(biāo)。由于尺寸和重量大大減少，如果在設(shè)計(jì)早期即選用這種類型的分離器，那么整個(gè)平臺的重量和造價(jià)都會有較大的降低。參考文獻(xiàn)：1) SPE 63120 Optimal Control Strategy and Experimental Investigation of Gas-Liquid Compact Separators S. Wang, SPE, R. Mohan, SPE, and O. Shoham, SPE, The University of Tulsa; J.D. Marrelli, SPE, Texaco E&PTec