長(zhǎng)北氣田SMSM低溫分離器的優(yōu)化改造

徐彥明楊小龍

1.中石油長(zhǎng)慶油田公司第二采氣廠 2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司長(zhǎng)北天然氣開(kāi)發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理部

長(zhǎng)北氣田SMSM低溫分離器的優(yōu)化改造

徐彥明1,2楊小龍1,2

1.中石油長(zhǎng)慶油田公司第二采氣廠 2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司長(zhǎng)北天然氣開(kāi)發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理部

徐彥明等.長(zhǎng)北氣田SMSM低溫分離器的優(yōu)化改造.天然氣工業(yè),2010,30(3):87-90.

鄂爾多斯盆地長(zhǎng)北氣田在國(guó)內(nèi)首次使用了殼牌石油公司的專(zhuān)利技術(shù)——SMSM低溫分離器。該分離器同時(shí)具有過(guò)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(guò)對(duì)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(wèn)題,渦流管、二級(jí)出口的數(shù)量不夠。因此,對(duì)其進(jìn)行了改造,割開(kāi)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(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)設(shè)計(jì)單位有借鑒作用。

長(zhǎng)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(zhǎng)北氣田天然氣中央處理廠(CPF)對(duì)南、北干線來(lái)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(guó)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(zhuān)利技術(shù),同時(shí)具有過(guò)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(duì)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。

圖1 SMSM低溫分離器結(jié)構(gòu)示意圖

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(duì)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(lèi)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(méi),具有聚結(jié)器的作用,增加通過(guò)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(guò)濾器的作用。

1.3 渦流板

渦流板是分離器的核心,由渦流盤(pán)組成,渦流盤(pán)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。

圖2 渦流板結(jié)構(gòu)橫截面示意圖

渦流管是一種軸向旋風(fēng)分離器,可對(duì)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(guò)噴嘴撞擊在管壁上,再通過(guò)漩渦氣流產(chǎn)生的離心力,液體被分離,通過(guò)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(guò)這些切口滲出,這些氣體通過(guò)頂部的二次出口離開(kāi)液體聚集室后還將通過(guò)次級(jí)除沫器,氣體的主要部分通過(guò)頂部的一次出口離開(kāi)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。

圖3 次級(jí)除沫器結(jié)構(gòu)示意圖

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(wú)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L TS,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(lái)[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(chǎng)檢測(cè)到進(jìn)出口差壓值一直穩(wěn)定在9～10.3kPa,且經(jīng)取樣,未見(jiàn)大顆粒固體物質(zhì),因此可排除因氣質(zhì)過(guò)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(guò)增加或減少渦流管的數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)的,如果安裝了多余的渦流管,為了避免氣體繞過(guò),在渦流管進(jìn)口及一次和二次氣體出口要對(duì)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(duì)內(nèi)件的處理量進(jìn)行計(jì)算核查。

對(duì)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(jiàn)表1。

綜合以上各項(xiàng)因素得出結(jié)果見(jiàn)圖4。

可見(jiàn)在壓力為4.0MPa時(shí)24根渦流管的處理量為(220～300)×104m3/d,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(kāi)時(shí)SMSM低溫分離器的處理量,結(jié)果見(jiàn)圖5。

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

圖4 使用24根渦流管時(shí)低溫分離器的天然氣處理情況圖

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(lái)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(chǎng)考核

2008年3月我們對(duì)第二套SMSM低溫分離器進(jìn)行了改造,割開(kāi)了渦流管進(jìn)出口的蓋片,2008年4月2日～6日對(duì)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(jiàn)表2。

表2 處理量考核結(jié)果表

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(duì)噪音進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)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(chǎng)無(wú)人操作,故噪音未超過(guò)規(guī)定要求[6]。

由此可見(jiàn)改造后的處理量超過(guò)理論計(jì)算處理量,且各項(xiàng)指標(biāo)合格,改造是成功的。

圖5 使用44根渦流管時(shí)低溫分離器的天然氣處理情況圖

圖6 改造前SMSM低溫分離器噪音測(cè)試結(jié)果圖

圖7 改造后SMSM低溫分離器噪音測(cè)試結(jié)果圖

4 結(jié)論

1)改造后的L TS處理量滿(mǎn)足了長(zhǎng)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(duì)1套L TS進(jìn)行改造。

[1]蘇建華,許可方,宋德琦,等.天然氣礦場(chǎng)集輸與處理[M].北京:石油工業(yè)出版社,2004.

[2]楊小龍,李戰(zhàn)平,李富生.長(zhǎng)北氣田地面工程技術(shù)[J].天然氣工業(yè),2007,27(10):106-108.

[3]何金龍,熊鋼,常宏崗,等.中國(guó)天然氣凈化技術(shù)新進(jìn)展及技術(shù)需求 [J].天然氣工業(yè),2009,29(3):91-94.

[4]李士倫.天然氣工程[M].北京:石油工業(yè)出版社,2000.

[5]魯艷峰,王軍江.榆林氣田新舊低溫分離工藝的對(duì)比分析[J].天然氣工業(yè),2007,27(3):127-129.

[6]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB3096—2008聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2008.

(修改回稿日期 2010-01-12 編輯 何 明)

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.03.023

Xu Yanming,senior engineer,was born in1962.He is now deputy director of the No.2Gas Production of PetroChina Changqing Oilfield Company,and manager in charge of the Changbei Project Department,being engaged in natural gas recovery,gathering, transportation and treatment.

Add:Yulin,Shaanxi719000,P.R.China

Tel:+86-912-3687298 Mobile:+86-13991869311 E-mail:xym_cq@petrochina.com.cn

Optimization and alteration of the SMSM low-temperature separator in the Changbei gas field

Xu Yanming1,2,Yang Xiaolong1,2
(1.No.2Gas Production Plant,PetroChina Changqing Oilf ield Com pany,Yulin,S haanxi719000,China;2.Changbei N atural Gas Development Project Department,PetroChina Changqing Oilf ield Company,Yulin,S haanxi719000,China)

NATUR.GAS IND.VOLUME30,ISSUE3,pp.87-90,3/25/2010.(ISSN1000-0976;In Chinese)

The Shell-patented SMSM low-temperature separator,first adopted in the Changbei gas field in China,accumulates all the advantages of filter separators,vortex mist eliminators,and vertical separators.However,after being put into operation,this SMSM separator did not achieve the expected good results,i.e.,neither did the natural gas treatment capacity reach the design requirement,nor the dew point of natural gas after treatment was up to the standard.Therefore,the involved parameters for this SMSM separator were inversely calculated to help find the crux of the problem:the numbers of vortex boards and2-stage outlets are not enough.Then,this SMSM separator was reconstructed and the I/O shield cover of the vortex board was cut open.After examination,the altered SMSM separator can process at most6690thousand m3natural gas per day,and the dew point of the processed gas is up to the standard.Successful optimization and alteration of this SMSM separator will provide reference for the related designers in China.

Changbei gas field,natural gas treatment,SMSM low-temperature separator,inlet distributor,mist eliminator,vortex board,alteration

book=87,ebook=272

10.3787/j.issn.1000-0976.2010.03.023

徐彥明,1962年生,高級(jí)工程師,碩士研究生;現(xiàn)任中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司第二采氣廠常務(wù)副廠長(zhǎng)、長(zhǎng)北項(xiàng)目部經(jīng)理,長(zhǎng)期從事天然氣開(kāi)采、集輸及處理工作。地址:(719000)陜西省榆林市經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)長(zhǎng)慶油田第二采氣廠。電話:(0912)3687298,13991869311。E-mail:xym_cq@petrochina.com.cn