長北氣田SMSM低溫分離器的優(yōu)化改造

摘 要

摘要：鄂爾多斯盆地長北氣田在國內(nèi)首次使用了殼牌石油公司的專利技術(shù)——SMSM低溫分離器。該分離器同時(shí)具有過濾式分離器、渦流管除沫器和垂直分離器的優(yōu)點(diǎn)，但投產(chǎn)后
摘要：鄂爾多斯盆地長北氣田在國內(nèi)首次使用了殼牌石油公司的專利技術(shù)——SMSM低溫分離器。該分離器同時(shí)具有過濾式分離器、渦流管除沫器和垂直分離器的優(yōu)點(diǎn)，但投產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)天然氣處理量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求且外輸天然氣露點(diǎn)不合格。為此，通過對該低溫分離器的參數(shù)進(jìn)行倒推計(jì)算，找到了原因之所在：SMSM式低溫分離器內(nèi)件結(jié)構(gòu)存在問題，渦流管、二級(jí)出口的數(shù)量不夠。因此，對其進(jìn)行了改造，割開了被封閉的渦流管進(jìn)出口的蓋片。經(jīng)考核，改造后的SMSM低溫分離器處理量最大可達(dá)669×104m3/d且外輸產(chǎn)品氣露點(diǎn)合格。該低溫分離器的成功優(yōu)化改造，對國內(nèi)相關(guān)設(shè)計(jì)單位有借鑒作用。
關(guān)鍵詞：長北氣田；天然氣處理；SMSM低溫分離器；入口分布器；除沫器；渦流板；改造
0 前言
   鄂爾多斯盆地長北氣田天然氣中央處理廠(CPF)對南、北干線來的濕天然氣利用低溫分離法同時(shí)進(jìn)行脫水、脫烴處理，其設(shè)計(jì)處理能力為1000×104m3/d，最大處理能力為1200×104m3/d[1～2]。CPF于2007年3月投產(chǎn)，當(dāng)時(shí)受鉆井速度的影響，外輸氣量只有200×104m3/d，2008年當(dāng)外輸氣量增加至400×104m3/d時(shí)，發(fā)現(xiàn)低溫分離器液位持續(xù)下降，產(chǎn)液量減少，外輸天然氣露點(diǎn)不合格，在J-T閥后壓力和溫度不變的情況下，外輸氣量降至390×104m3/d時(shí)液位穩(wěn)定，外輸天然氣露點(diǎn)合格。由此發(fā)現(xiàn)：作為全廠的核心設(shè)備，低溫分離器分離效率的高低決定了外輸天然氣氣質(zhì)的好壞，而CPF的低溫分離器處理量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求[3]。
1 SMSM低溫分離器的結(jié)構(gòu)
   CPF的低溫分離器在國內(nèi)首次采用殼牌石油公司的SMSM(Schoepentoter代表入口分布器，Mistmat代表除沫器，SwirLdeck代表渦流板，Mistmat代表次級(jí)除沫器)專利技術(shù)，同時(shí)具有過濾式分離器、渦流管除沫器、立式分離器的優(yōu)點(diǎn)。其特點(diǎn)為：①結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積少；②氣體處理能力強(qiáng)(最大允許容器負(fù)載系數(shù)為0.25m/s)；③效率高(氣液分離達(dá)99%)；④對結(jié)垢敏感；⑤極限負(fù)荷比高(系數(shù)10)。SMSM低溫分離器由4部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
 

1.1 入口分布器
    SMSM低溫分離器的入口葉片形進(jìn)料分布器對進(jìn)氣體和液體進(jìn)行初級(jí)分離。
1.2 除沫器
    SMSM低溫分離器的除沫器類似絲網(wǎng)捕集器，安裝在入口分布器和渦流板之間，當(dāng)氣體負(fù)載系數(shù)為0.25m/s時(shí)，絲網(wǎng)墊將會(huì)被淹沒，具有聚結(jié)器的作用，增加通過絲網(wǎng)墊的液滴尺寸，促進(jìn)渦流管中的氣液分離；當(dāng)氣體負(fù)載系數(shù)小于0.01m/s時(shí)，渦流管的分離效率降低，絲網(wǎng)墊則具有過濾器的作用。
1.3 渦流板
    渦流板是分離器的核心，由渦流盤組成，渦流盤由接液盒組成，每個(gè)接液盒由4個(gè)渦流管和1個(gè)排水管組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。
 

    渦流管是一種軸向旋風(fēng)分離器，可對氣、液進(jìn)行分離。渦流管是內(nèi)徑0.11m的不銹鋼管，其進(jìn)口有渦旋式噴嘴，管壁具有縱向切口，氣液通過噴嘴撞擊在管壁上，再通過漩渦氣流產(chǎn)生的離心力，液體被分離，通過切口排放到渦流管外部的液體聚集室里，可以防止液體的再飛散。為了確保渦流管的正常運(yùn)行，讓一些氣體也通過這些切口滲出，這些氣體通過頂部的二次出口離開液體聚集室后還將通過次級(jí)除沫器，氣體的主要部分通過頂部的一次出口離開渦流管。排水管引導(dǎo)聚集在渦流管與渦流板上表面之間的液體流到液面下。
1.4 次級(jí)除沫器
    次級(jí)除沫器用于二次氣體的除沫，以進(jìn)一步提高氣液分離效率，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。
 

2 LTS處理量不達(dá)標(biāo)的原因分析
    外輸商品天然氣露點(diǎn)不合格、低溫分離器的液位無法正常保持有以下原因：①氣質(zhì)原因——入口分離器分離效果差，造成大量固體雜質(zhì)進(jìn)入LTS，堵塞內(nèi)件，表現(xiàn)為內(nèi)部差壓升高，取樣可發(fā)現(xiàn)液體雜質(zhì)多；②設(shè)計(jì)原因——筒體太小，液體停留時(shí)間不夠，內(nèi)件數(shù)量達(dá)不到要求，導(dǎo)致氣體中的液體分離不出來[4～5]。
2.1 氣質(zhì)原因
    SMSM低溫分離器允許的差壓值小于200kPa，現(xiàn)場檢測到進(jìn)出口差壓值一直穩(wěn)定在9～10.3kPa，且經(jīng)取樣，未見大顆粒固體物質(zhì)，因此可排除因氣質(zhì)過臟堵塞內(nèi)件原因造成SMSM低溫分離器處理量不夠。
2.2 設(shè)計(jì)原因
    根據(jù)設(shè)計(jì)慣例，低溫分離器的設(shè)計(jì)有一定的設(shè)計(jì)余量，是通過增加或減少渦流管的數(shù)量來實(shí)現(xiàn)的，如果安裝了多余的渦流管，為了避免氣體繞過，在渦流管進(jìn)口及一次和二次氣體出口要對多余的渦流管進(jìn)行封閉。核查出廠制造圖紙，發(fā)現(xiàn)我廠低溫分離器共裝有44根渦流管，但其中20根進(jìn)出口被封堵，為此對內(nèi)件的處理量進(jìn)行計(jì)算核查。
對不同工況下SMSM低溫分離器相關(guān)工作參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表1。
表1 不同工況下SMSM低溫分離器相關(guān)工作參數(shù)計(jì)算結(jié)果表
氣、液比
平均密度/kg·m-3
平均流速/m·s-1
進(jìn)料量/m3·d-1
進(jìn)液量/m3·d-1
進(jìn)氣量/106m3·d-1
0
765.38
3.23
35101.82
35101.82
 
1
401.84
4.46
48.444.19
24222.09
1.27
2
280.66
5.34
57966.62
19322.21
2.03
4
183.72
6.60
71646.47
14329.29
3.00
8
119.09
8.20
88989.09
9887.68
4.15
16
81.07
9.93
107854.90
6344.41
5.32
32
60.33
11.52
125023.59
3788.59
6.36
64
49.49
12.71
138047.33
2123.81
7.13
128
43.94
13.49
146506.51
1135.71
7.62
256
41.13
13.95
151423.73
589.20
7.91
512
39.72
14.19
154091.50
300.37
8.06
1024
39.01
14.32
155483.48
151.69
8.14
2048
38.65
14.39
156194.82
76.23
8.18
4096
38.48
14.42
156554.43
38.21
8.21
 
綜合以上各項(xiàng)因素得出結(jié)果見圖4。
 

    可見在壓力為4.0MPa時(shí)24根渦流管的處理量為(220～300)×104m3/a，故外輸商品氣露點(diǎn)不合格的原因是因?yàn)闇u流管數(shù)量不夠引起的。于是在其他參數(shù)不變的情況下我們又計(jì)算了44根渦流管全開時(shí)SMSM低溫分離器的處理量，結(jié)果見圖5。
 

    由圖5可知，在壓力為4.0MPa時(shí)，44根渦流管的處理量為(410～550)×104m3/d，由此看來造成外輸商品氣氣質(zhì)不合格的主要原因是渦流管的數(shù)量不夠。
3 優(yōu)化改造及現(xiàn)場考核
    2008年3月我們對第二套SMSM低溫分離器進(jìn)行了改造，割開了渦流管進(jìn)出口的蓋片，2008年4月2日～6日對改造后的SMSM低溫分離器分進(jìn)行了考核。
3.1 處理量考核
    處理量考核結(jié)果見表2。
表2 處理量考核結(jié)果表
日期
處理量/104m3·d-1
水露點(diǎn)/℃
J-T閥差壓/MPa
2008-04-02
300
-9.0
0.90～0.94
2008-04-03
530
-11.7
1.00～1.10
2008-04-04
530
-23.6
1.20～1.30
2008-04-05
600
-27.6
1.20～1.30
2008-04-06
666
-20.0
1.00～1.10
2008-04-07
669
-22.3
0.80～0.90
注：所測數(shù)據(jù)為穩(wěn)產(chǎn)6h后測得。
    可以看出改造后SMSM低溫分離器處理量最大可達(dá)到669×104m3/d，且外輸商品氣露點(diǎn)合格。
3.2 噪音考核
選擇改造前后SMSM低溫分離器處理量最大時(shí)、對噪音進(jìn)行測試，結(jié)果見圖6、7。
 

    由圖6、7可以看出，改造后噪音略有所增加，但因工廠采用遠(yuǎn)程控制，現(xiàn)場無人操作，故噪音未超過規(guī)定要求[6]。
    由此可見改造后的處理量超過理論計(jì)算處理量，且各項(xiàng)指標(biāo)合格，改造是成功的。
4 結(jié)論
    1) 改造后的LTS處理量滿足了長北處理廠的需要，單套裝置處理量最大可達(dá)669×104m3/d。
    2) 使用J-T閥工藝時(shí)要保證足夠的壓差，才能保證外輸氣氣質(zhì)合格。
    3) 改造后噪音略有所增加但符合規(guī)定。
    4) 建議對1套LTS進(jìn)行改造。
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(本文作者：徐彥明1，2 楊小龍1，2 1.中石油長慶油田公司第二采氣廠；2.中國石油長慶油田公司長北天然氣開發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理部)