段塞流捕集器学习教案.pptx

会计学 1段塞流捕集器第一页，共35 页。液塞捕集器的作用(zuyng)与分类 n n 液塞捕集器的作用：n n(1)有效分离和捕集液体，确保下游设备正常工作；n n(2)在最大液塞到达时，可作为带压液体的临时储存器，能连续(linx)向下游供气。第1 页/共35 页第二页，共35 页。液塞捕集器的分类(fn li)n n(1)(1)容器式：对于泡沫常成为气液分离主要问题的原油伴生气混合流体，往往 容器式：对于泡沫常成为气液分离主要问题的原油伴生气混合流体，往往(w(w ngw ngw ng)ng)采用容器式液塞 采用容器式液塞捕集器。另外，由于容器式液塞捕集器占地面积小，所以安装于海上平台上的液塞捕集器往往 捕集器。另外，由于容器式液塞捕集器占地面积小，所以安装于海上平台上的液塞捕集器往往(w(w ngw ngw ng)ng)都是容器式的。都是容器式的。n n(2)(2)管式：在处理气体凝析液流的设备中，管式应用较广。虽然气体比较干净而且产生的液量也较少，但清 管式：在处理气体凝析液流的设备中，管式应用较广。虽然气体比较干净而且产生的液量也较少，但清管时往往 管时往往(w(w ngw ngw ng)ng)产生很大的液塞。在正常操作和清扫管线过程中，液体流量差别很大，所以这种捕集 产生很大的液塞。在正常操作和清扫管线过程中，液体流量差别很大，所以这种捕集器应能吸收合理的液体波动量。管式液塞捕集器与容器式液塞捕集器相比，虽然占地面积大，但操作简单，器应能吸收合理的液体波动量。管式液塞捕集器与容器式液塞捕集器相比，虽然占地面积大，但操作简单，而且能处理较大流量。本节主要阐述管式捕集器。而且能处理较大流量。本节主要阐述管式捕集器。第2 页/共35 页第三页，共35 页。管式液塞捕集器的组成(z chn)(1)入口分离段：用于气液分离；(2)贮存段：是一组平行下倾管段，用于贮存液体(yt)，常由标准直径的管段制造。第3 页/共35 页第四页，共35 页。管式液塞捕集器的分类(fn li)按液塞进入捕集器时气体离开(l ki)平行管的方式，管式液塞捕集器可分为同向流式、逆向流式和混合式 第4 页/共35 页第五页，共35 页。管式液塞捕集器的优缺点 n n 管式液塞捕集器最大的优点是气液分离效果好、处理量大并易于操作，管式液塞捕集器最大的优点是气液分离效果好、处理量大并易于操作，除了管内液位控制外，不需要别的设备。除了管内液位控制外，不需要别的设备。n n 缺点 缺点n n 来流液体在平行管中的分配是否均匀很重要，否则由于某一根平行管的 来流液体在平行管中的分配是否均匀很重要，否则由于某一根平行管的负荷过大将发生气流 负荷过大将发生气流(qli)(qli)中严重夹带液体的现象。中严重夹带液体的现象。n n 来流液体进入平行管时，驱出气体，形成逆向流动。如果气液相对流速 来流液体进入平行管时，驱出气体，形成逆向流动。如果气液相对流速超过某一临界值时，气液界面将不稳定，形成严重的波浪甚至可能堵塞 超过某一临界值时，气液界面将不稳定，形成严重的波浪甚至可能堵塞流道，引起过高的液体夹带率。平行管倾角大小对气流 流道，引起过高的液体夹带率。平行管倾角大小对气流(qli)(qli)中液体夹带 中液体夹带率有很大的影响。率有很大的影响。n n 管式液塞捕集器内气液的三维流动性质相当复杂，理论上难以解决。管式液塞捕集器内气液的三维流动性质相当复杂，理论上难以解决。n n 占地面积大。占地面积大。第5 页/共35 页第六页，共35 页。现状(xinzhung)n n Flags Flags 天然气 天然气/凝析液管道终端的液塞捕集器 凝析液管道终端的液塞捕集器n n Flags Flags 是 是Far North Liquids and Associated Gas System Far North Liquids and Associated Gas System 的缩写，意为 的缩写，意为“最北边的液体和伴生气 最北边的液体和伴生气”，位于北，位于北海北边的英国一侧海域内。海北边的英国一侧海域内。Flags Flags 海底管道起点为 海底管道起点为Brent Brent 油田管道系统，在苏格兰的 油田管道系统，在苏格兰的St.Fergus St.Fergus 登陆 登陆(dng(dng l)l)，管径为，管径为914mm 914mm（36 36 英寸），壁厚 英寸），壁厚22mm 22mm（0.867 0.867 英寸 英寸)，全长，全长448km 448km，是世界上最大的海底管道之，是世界上最大的海底管道之一，于 一，于1984 1984 年竣工。管道最大输气量为 年竣工。管道最大输气量为28.3Mm3/d 28.3Mm3/d（1000Mft3/d 1000Mft3/d），伴生凝析液量），伴生凝析液量1.59104km3/d 1.59104km3/d（105bbl/d 105bbl/d），气液比为），气液比为1780m3/m3 1780m3/m3，最大操作压力，最大操作压力14MPa 14MPa。St.Fergus St.Fergus 处理厂设有额定 处理厂设有额定处理量为 处理量为1590 m3 1590 m3 管式液塞捕集器。管式液塞捕集器。第6 页/共35 页第七页，共35 页。CATS 密相天然气管道(gu ndo)终端的液塞捕集器 n n CATS（center Area Transmission System）是北海(bi h i)中部地区英国一侧的气体输送系统。CATS 海底管道起点为北海(bi h i)中部Everst 和Lomond 凝析气田，在英国的Teesside 登陆，长400km（255 英里），管径为914mm（36 英寸），管道设计压力为179bar，起点压力为172bar，终点压力为110bar，输送能力为45.3Mm3/d。第7 页/共35 页第八页，共35 页。Frigg 管线(gu nxin)终端的液塞捕集器 n n Frigg 气田位于北海北部，处于英国和挪威的海上边界线上。Frigg 管线有两条直径为813mm 的管道，其单管全长 364km，起点压力14MPa，终点压力5MPa，设计输量为1.5Mm3/d。n n 在管道终端St.Fergus 设有管式液塞捕集器，共有四组，每组4 条管子，其单管全长为206m，管径813mm 与干管(n u n)相同。第8 页/共35 页第九页，共35 页。澳大利亚西北(xbi)大陆架气液混输管线终端的液塞捕集器 n n 澳大利亚西北大陆架管线（澳大利亚西北大陆架管线（Australias North West Shell Offshore Pipeline Australias North West Shell Offshore Pipeline）位于澳大利亚西北部海域。起点是）位于澳大利亚西北部海域。起点是North Rankin North Rankin 气田，终点是 气田，终点是Karratha Karratha 附近的大型处理厂，全长 附近的大型处理厂，全长134.2km 134.2km（83.4mile 83.4mile），管外径为），管外径为1016mm 1016mm（40 40 英 英寸）。管道设计输量为 寸）。管道设计输量为46.7Mm3/d 46.7Mm3/d，平均输量为，平均输量为40.7Mm3/d 40.7Mm3/d，输量为，输量为63207m3/d 63207m3/d，最大压力为，最大压力为13.2MPa 13.2MPa。气体。气体处理厂内设有管式段塞捕集器，其额定容量为 处理厂内设有管式段塞捕集器，其额定容量为5200m3 5200m3，有效容积，有效容积(rngj)(rngj)为 为4000 m3 4000 m3，捕集器压力为，捕集器压力为7.27MPa 7.27MPa。该捕集器由两组平行管组成，共。该捕集器由两组平行管组成，共14 14 条，单管长 条，单管长350m 350m，管径，管径1200mm 1200mm。第9 页/共35 页第十页，共35 页。澳大利亚Silver Springs 两项流管线(gu nxin)终端的液塞捕集器 n n 该管线位于澳大利亚本土东部，起点为 该管线位于澳大利亚本土东部，起点为Silver Springs Silver Springs，终点为，终点为Wallumbilla Wallumbilla 液化石油气厂，液化石油气厂，长 长102km 102km，管径，管径219mm 219mm。1984 1984 年后，管道输气量 年后，管道输气量0.96Mm3/d 0.96Mm3/d，输液量为，输液量为29.2 29.2 56.2m3/d 56.2m3/d。管道入口压力为 管道入口压力为9.2MPa 9.2MPa，出口压力为，出口压力为6.9MPa 6.9MPa。管线终端设有一套液塞捕集器。管线终端设有一套液塞捕集器。n n 该装置主要由一根长 该装置主要由一根长3.7km 3.7km 与主管同直径的副管和一个直径为 与主管同直径的副管和一个直径为1.5m 1.5m，高为，高为5.5m 5.5m 的立式容 的立式容器（收液器）组成。并联段的主管、副管容积各为 器（收液器）组成。并联段的主管、副管容积各为125m3 125m3。在操作。在操作(cozu)(cozu)条件下，实 条件下，实际清管液塞为 际清管液塞为93m3 93m3（凝析液）和（凝析液）和4 m3(4 m3(水乙二醇混合液 水乙二醇混合液)。n n 在无大段塞到来的情况下，副管与主管间的阀门关闭，气体和液体由主管进入收液器，在无大段塞到来的情况下，副管与主管间的阀门关闭，气体和液体由主管进入收液器，并被分离，并被分离，气体从上部排出，液体有下部排出。在用清管器清液时，液塞 并被分离，并被分离，气体从上部排出，液体有下部排出。在用清管器清液时，液塞被清管器推入主管，当清管器信号发生器探测到清管器时，说明液塞已完全进入主管，被清管器推入主管，当清管器信号发生器探测到清管器时，说明液塞已完全进入主管，此时关闭收液器上的气体排出阀，打开主副管间的连通阀，使清管器后面的气体通过 此时关闭收液器上的气体排出阀，打开主副管间的连通阀，使清管器后面的气体通过副管进入液化气处理厂，液塞则缓慢进入收液器。副管进入液化气处理厂，液塞则缓慢进入收液器。第10 页/共35 页第十一页，共35 页。第1 1 页/共35 页第十二页，共35 页。澳大利亚 澳大利亚(o d l y)(o d l y)南部 南部Marlin Marlin、Barracounta Barracounta 湿天然气管线终端 湿天然气管线终端的液塞捕集器 的液塞捕集器 n n 两条平行铺设的湿天然气管线是将澳大利亚南部(nn b)Bass 海峡附近Marlin 和Barracounta 的天然气输送到位于Longford 地区的Gippsland 气体处理厂n n 其终端管式液塞捕集器的管径1067mm，长为274m，总容积843 m3。第12 页/共35 页第十三页，共35 页。北海高陆地区一种小型(xi oxng)海底段塞捕集器 第13 页/共35 页第十四页，共35 页。Hoorn 平台(pngti)的液塞捕集器 n n 管式捕集器由两条16”管组成，在捕集器内气/液流速减小4 倍，流型转变(zhu nbin)为分层流。大部分液体沿斜管平缓流入捕集器4m3 容器中，气体在进入捕集器容器前从管道上方排出。第14 页/共35 页第十五页，共35 页。Cusiana 中心(zhngxn)处理厂指状液塞捕集器 第15 页/共35 页第十六页，共35 页。JZ20-2 海底(h i d)天然气/凝析液混输管道 n n 锦州 锦州20-2 20-2 凝析气田位于渤海湾。该气田由一个主生产平台 凝析气田位于渤海湾。该气田由一个主生产平台(pngti)MNW(pngti)MNW，一个公用生活平台，一个公用生活平台(pngti)MUQ(pngti)MUQ 和另外三个井口平台 和另外三个井口平台(pngti)(pngti)（SW SW、MSW MSW、NW NW）组成。开发初期，只建成）组成。开发初期，只建成SW SW 井口平台 井口平台(pngti)(pngti)（有四口井），从（有四口井），从SW SW 到 到MNW MNW 有一条天然气、凝析油和乙二醇水溶液 有一条天然气、凝析油和乙二醇水溶液的海底管线，从 的海底管线，从MNW MNW（有四口井）到辽宁省兴城市气体处理厂有一条混输天然气、凝析油和（有四口井）到辽宁省兴城市气体处理厂有一条混输天然气、凝析油和乙二醇水溶液的海底管线。乙二醇水溶液的海底管线。第16 页/共35 页第十七页，共35 页。n n MNW MNW 平台上的捕集器 平台上的捕集器n n SW-MNW SW-MNW 海底管线管径 海底管线管径203.2mm(8”)203.2mm(8”)，长约，长约10km 10km。其设计生产能力（头五年）为。其设计生产能力（头五年）为800km3/d 800km3/d，之后为 之后为500 km3/d 500 km3/d。在。在MNW MNW 平台上，管线终端设有一台容器式捕集器，容积 平台上，管线终端设有一台容器式捕集器，容积10.1m3 10.1m3，长，长6m 6m。其设计压力为 其设计压力为8.3Mpa 8.3Mpa，设计温度，设计温度-20-62-20-62，操作压力，操作压力7.5Mpa 7.5Mpa，操作温度，操作温度3-32 3-32，液位控制在，液位控制在600mm 600mm。捕集器有四个液位控制阀，分别是高高液位。捕集器有四个液位控制阀，分别是高高液位1100mm 1100mm、高液位、高液位1000 mm 1000 mm、低液位、低液位400 400 mm mm、低低液位、低低液位250 mm 250 mm。n n 针对海上平台晃动 针对海上平台晃动(hungdng)(hungdng)，为解决捕集器稳定性，在捕集器底部设有两个鞍形支座，使，为解决捕集器稳定性，在捕集器底部设有两个鞍形支座，使捕集器稳定地安装于支座上。捕集器高 捕集器稳定地安装于支座上。捕集器高3800 mm 3800 mm。第17 页/共35 页第十八页，共35 页。岸上终端(zhn dun)液塞捕集器捕集器共有8 根平行管组成(z chn)，容积为599m3 第18 页/共35 页第十九页，共35 页。平湖-上海湿天然气管道(gu ndo)n n 平湖油气田位于东海海域，距上海市南汇咀东南方向(fngxing)约365.2km，海图水深87.5。上海气体处理厂位于上海市南汇县新港乡新陆村，距海上湿天然气管道登陆点（南汇县泸潮港）约21km。第19 页/共35 页第二十页，共35 页。第20 页/共35 页第二十一页，共35 页。第21 页/共35 页第二十二页，共35 页。第22 页/共35 页第二十三页，共35 页。捕集器结构(jigu)小结 1 1 捕集器容积确定 捕集器容积确定2 2 一 一 般 般，以 以1/1000 1/1000 或 或1/1000,000 1/1000,000 概 概 率 率 的 的 最 最 长 长 液 液 塞 塞 相 相 应 应 的 的 体 体 积 积(t(t j)j)作 作 为 为 捕 捕 集 集器 器 的 的 设 设 计 计 处 处 理 理 量 量。在 在 管 管 道 道 内 内 平 平 衡 衡 集 集 液 液 量 量 较 较 小 小 时 时，也 也 可 可 以 以 平 平 衡 衡 集 集 液 液 量 量 作 作 为 为捕集器设计的处理量。捕集器设计的处理量。3 3 容器式捕集器 容器式捕集器4 4 容 容 器 器 式 式 一 一 般 般 用 用 于 于 海 海 洋 洋 平 平 台 台 上 上，结 结 构 构 与 与 陆 陆 上 上 油 油 气 气 分 分 离 离 器 器 类 类 同 同，只 只 是 是 有 有 较 较 大 大的 的 缓 缓 冲 冲 容 容 积 积，其 其 缓 缓 冲 冲 容 容 积 积 对 对 应 应 的 的 高 高 低 低 液 液 面 面 约 约 为 为0.25D-0.7D 0.25D-0.7D，以 以 满 满 足 足 气 气 液 液瞬 瞬 时 时 流 流 量 量 的 的 较 较 大 大 变 变 化 化，并 并 设 设 有 有 高 高 高 高 液 液 位 位、高 高 液 液 位 位、低 低 液 液 位 位、低 低 低 低 液 液 位 位，以警示操作人员。以警示操作人员。第23 页/共35 页第二十四页，共35 页。1 1 管式捕集器 管式捕集器2 2 管式捕集器用于气液混输管道的陆上终端，管式捕集器由多根平行管子构成，平行的管 管式捕集器用于气液混输管道的陆上终端，管式捕集器由多根平行管子构成，平行的管子愈多，各管负荷分配愈不均匀；管子愈少，则在一定处理量下管子所需直径愈大、管 子愈多，各管负荷分配愈不均匀；管子愈少，则在一定处理量下管子所需直径愈大、管子愈长。应根据场地和建造费用等因数 子愈长。应根据场地和建造费用等因数(ynsh)(ynsh)综合考虑确定。管式捕集器分离段和储 综合考虑确定。管式捕集器分离段和储液段的坡度很小（液段的坡度很小（1-30 1-30），管子很长，原油流动性差且有流动温度要求，故不宜用于天），管子很长，原油流动性差且有流动温度要求，故不宜用于天然气 然气/原油多相流管道。原油多相流管道。第24 页/共35 页第二十五页，共35 页。捕集器结构(jigu)及尺寸优化尺寸优化设计 n n 优化目标(mbio)函数 OPT：求D，L，Pmin S.T.（1）捕集器容积(rngj)大于最大液塞量（2）最高液位小于捕集器高液位、高高液位（3）最低液位大于捕集器低低液位（4）最高压力低于捕集器操作压力第25 页/共35 页第二十六页，共35 页。优化算法(sun f)根据分离器规范设计要求和运行条件，初步确定捕集器结构尺寸的初值 建立捕集器内压力、液位变化、气液出口调节阀等动态数学模型。通过模拟计算判断初设的结构尺寸是否满足要求最终(zu zhn)得到满足要求的捕集器结构尺寸 由于捕集器是混输管路的终端设备，它的尺寸大小与管路的几何参数、运行条件以及捕集器的控制方案等因素有关，因此与一般的分离器设计又存在较大的差别。优化计算必须将管路和捕集器作为一个整体考虑，因此优化方法 采用动态(dngti)模拟技术 第26 页/共35 页第二十七页，共35 页。n n 捕集器结构尺寸(ch cun)初值 n n 动态模拟的数学模型 捕集器结构(jigu)及尺寸优化尺寸优化设计容器式液体体积(tj)变化方程 压力变化方程 液位变化方程 控制器方程 气动传输线方程 控制阀方程 第27 页/共35 页第二十八页，共35 页。数学模型 n n 液体体积变化(binhu)方程 n n 压力变化(binhu)方程 当液塞进入(jnr)时 当气泡(qpo)进入时 当液塞进入时 当气泡进入时第28 页/共35 页第二十九页，共35 页。数学模型n n 液位变化方程(fngchng)n n 控制器方程(fngchng)n n 压力控制器送往压力控制阀的压力随时间的变化n n 液位控制器送往液位控制阀的压力随时间的变化 第29 页/共35 页第三十页，共35 页。数学模型n n 气动传输线方程(fngchng)n n 压力控制阀压力随时间的变化n n 液位控制阀压力随时间的变化n n 控制阀方程(fngchng)对于(duy)压力控制阀 对于(duy)液位控制阀 第30 页/共35 页第三十一页，共35 页。数学模型 当液塞进入捕集器、气泡进入捕集器时，联立求解以上各式：（1）捕集器内液体(yt)体积；（6）压力控制阀压力；（2）捕集器压力；（7）液位控制阀压力；（3）捕集器液位；（8）压力控制阀开度；（4）压力控制器压力；（9）液位控制阀开度；（5）液位控制器压力；第31 页/共35 页第三十二页，共35 页。n n 分离段设计计算n n n n 储存段设计计算n n n n 动态(dngti)模拟 捕集器结构(jigu)及尺寸优化尺寸优化设计管式第32 页/共35 页第三十三页，共35 页。n n 计算满足流型转变的管径及相应(xingyng)的操作工况含液率 第33 页/共35 页第三十四页，共35 页。第34 页/共35 页第三十五页，共35 页。