《段塞流捕集器》PPT课件.ppt

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1、第十四章 段塞流捕集器 李玉星液塞捕集器的作用与分类 n n液塞捕集器的作用：液塞捕集器的作用：n n(1)(1)有效分离和捕集液体，确保下游设备正常工作；有效分离和捕集液体，确保下游设备正常工作；n n(2)(2)在最大液塞到达时，可作为带压液体的临时储存器，在最大液塞到达时，可作为带压液体的临时储存器，能连续向下游供气。能连续向下游供气。液塞捕集器的分类 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，往往采用容器式液塞捕集器。另外，由于容器式液塞混合流体，往往采用容器式液塞捕集器。另外，由于容器式液塞捕集器占

2、地面积小，所以安装于海上平台上的液塞捕集器往往都捕集器占地面积小，所以安装于海上平台上的液塞捕集器往往都是容器式的。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，但清管时往往产生很大的气体比较干净而且产生的液量也较少，但清管时往往产生很大的液塞。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

3、比，虽然占地面积大，但操作简单，而且能处理式液塞捕集器相比，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。较大流量。本节主要阐述管式捕集器。管式液塞捕集器的组成(1)入口分离段：用于入口分离段：用于气液分离；气液分离；(2)贮存段：是一组贮存段：是一组平行下倾管段，用于贮平行下倾管段，用于贮存液体，常由标准直径存液体，常由标准直径的管段制造。的管段制造。管式液塞捕集器的分类 按液塞进入捕集器时气体离开平行管的方按液塞进入捕集器时气体离开平行管的方式，管式液塞捕集器可分为同向流式、逆式，管式液塞捕集器可分为同向流式、逆向流式和混合式向流式和混合式 管式液塞捕集器的优缺点

4、 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中严重夹带液体的现象。行管的负荷过大将发生气流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

5、波浪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流道，引起过高的液体夹带率。平行管倾角大小对甚至可能堵塞流道，引起过高的液体夹带率。平行管倾角大小对气流中液体夹带率有很大的影响。气流中液体夹带率有很大的影响。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。决。n n占地面积大。占地面积大。现状n nFlagsFlags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 FlagsFlags是是Far North Liquids and Associated Gas SystemFa

6、r North Liquids and Associated Gas System的缩写，意的缩写，意为为“最北边的液体和伴生气最北边的液体和伴生气”，位于北海北边的英国一侧海域内。，位于北海北边的英国一侧海域内。FlagsFlags海底管道起点为海底管道起点为BrentBrent油田管道系统，在苏格兰的油田管道系统，在苏格兰的St.FergusSt.Fergus登陆，管径为登陆，管径为914mm914mm（3636英寸），壁厚英寸），壁厚22mm22mm（0.8670.867英寸英寸)，全，全长长448km448km，是世界上最大的海底管道之一，于，是世界上最大的海底管道之一，于198419

7、84年竣工。管道年竣工。管道最大输气量为最大输气量为28.3Mm3/d 28.3Mm3/d（1000Mft3/d1000Mft3/d），伴生凝析液量），伴生凝析液量1.59104km3/d1.59104km3/d（105bbl/d105bbl/d），气液比为），气液比为1780m3/m31780m3/m3，最大操作，最大操作压力压力14MPa14MPa。St.FergusSt.Fergus处理厂设有额定处理量为处理厂设有额定处理量为1590 m31590 m3管式液管式液塞捕集器。塞捕集器。CATS密相天然气管道终端的液塞捕集器 n nCATSCATS（center Area Transmis

8、sion Systemcenter Area Transmission System）是北海中部地区）是北海中部地区英国一侧的气体输送系统。英国一侧的气体输送系统。CATSCATS海底管道起点为北海中部海底管道起点为北海中部EverstEverst和和LomondLomond凝析气田，在英国的凝析气田，在英国的TeessideTeesside登陆，长登陆，长400km400km（255255英里），管径为英里），管径为914mm914mm（3636英寸），管道设英寸），管道设计压力为计压力为179bar179bar，起点压力为，起点压力为172bar172bar，终点压力为，终点压力为110b

9、ar110bar，输送能力为，输送能力为45.3Mm3/d45.3Mm3/d。Frigg管线终端的液塞捕集器 n nFriggFrigg气田位于北海北部，处于英国和挪威的海上边界线上。气田位于北海北部，处于英国和挪威的海上边界线上。FriggFrigg管线有两条直径为管线有两条直径为813mm813mm的管道，其单管全长的管道，其单管全长 364km364km，起点压力，起点压力14MPa14MPa，终点压力，终点压力5MPa5MPa，设计输量为，设计输量为1.5Mm3/d1.5Mm3/d。n n在管道终端在管道终端St.FergusSt.Fergus设有管式液塞捕集器，共有四组，每设有管式液

10、塞捕集器，共有四组，每组组4 4条管子，其单管全长为条管子，其单管全长为206m206m，管径，管径813mm813mm与干管相同。与干管相同。澳大利亚西北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（AustraliaAustralia s North West Shell Offshore s North West Shell Offshore PipelinePipeline）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 RankinNorth Rankin气田，气田，终点是终点是KarrathaKarratha附近

11、的大型处理厂，全长附近的大型处理厂，全长134.2km134.2km（83.4mile83.4mile），），管外径为管外径为1016mm1016mm（4040英寸）。管道设计输量为英寸）。管道设计输量为46.7Mm3/d46.7Mm3/d，平，平均输量为均输量为40.7Mm3/d40.7Mm3/d，输量为，输量为63207m3/d63207m3/d，最大压力为，最大压力为13.2MPa13.2MPa。气体处理厂内设有管式段塞捕集器，其额定容量为气体处理厂内设有管式段塞捕集器，其额定容量为5200m35200m3，有，有效容积为效容积为4000 m34000 m3，捕集器压力为，捕集器压力为7

12、.27MPa7.27MPa。该捕集器由两组平。该捕集器由两组平行管组成，共行管组成，共1414条，单管长条，单管长350m350m，管径，管径1200mm1200mm。澳大利亚Silver Springs两项流管线终端的液塞捕集器 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 SpringsSilver Springs，终点为，终点为WallumbillaWallumbilla液化石液化石油气厂，长油气厂，长102km102km，管径，管径219mm219mm。19841984年后，管道输气量年后，管道输气量0.96Mm3/d0.96Mm3/d，输液量

13、为，输液量为29.229.256.2m3/d56.2m3/d。管道入口压力为。管道入口压力为9.2MPa9.2MPa，出口压力为，出口压力为6.9MPa6.9MPa。管线终端设有。管线终端设有一套液塞捕集器。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3.7km3.7km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1.5m1.5m，高为，高为5.5m5.5m的的立式容器（收液器）组成。并联段的主管、副管容积各为立式容器（收液器）组成。并联段的主管、副管容积各为125m3125m3。在操作条件下，。在操作条件下，实际清管液塞为实际清管液塞为93m393m3（凝析液）

14、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，此时关闭收液器上的气体排出阀，打开主副管间的连通阀，使已完全进入主管，此时关闭收液器上的气体

15、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。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。澳大利亚南部Marlin、Barracounta湿天然气管线终端的液塞捕集器 n n两条平行铺设的湿天然气管线是将澳大利亚南部两条平行铺设的湿天然气管线是将澳大利亚南部BassBass海峡海峡附近附近MarlinMarlin和和BarracountaBarracounta的天然气输送到位于的天然气输送到位于LongfordLongford地区地区的的GippslandGippsland气体处理厂气体处理厂n n其终端管式液塞捕集器的管径

16、其终端管式液塞捕集器的管径1067mm1067mm，长为，长为274m274m，总容，总容积积843 m3843 m3。北海高陆地区一种小型海底段塞捕集器 Hoorn平台的液塞捕集器 n n管式捕集器由两条管式捕集器由两条1616”管组成，在捕集器内气管组成，在捕集器内气/液流速减小液流速减小4 4倍，流型转变为分层流。大部分液体沿斜管平缓流入捕集倍，流型转变为分层流。大部分液体沿斜管平缓流入捕集器器4m34m3容器中，气体在进入捕集器容器前从管道上方排出。容器中，气体在进入捕集器容器前从管道上方排出。Cusiana中心处理厂指状液塞捕集器 JZ20-2海底天然气/凝析液混输管道 n n锦州锦

17、州20-220-2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MNWMNW，一个公用生活平台一个公用生活平台MUQMUQ和另外三个井口平台（和另外三个井口平台（SWSW、MSWMSW、NWNW）组成。开发初期，只建成组成。开发初期，只建成SWSW井口平台（有四口井），从井口平台（有四口井），从SWSW到到MNWMNW有一条天然气、凝析油和乙二醇水溶液的海底管线，从有一条天然气、凝析油和乙二醇水溶液的海底管线，从MNWMNW（有四口井）到辽宁省兴城市气体处理厂有一条混输天然气、（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

18、管线。凝析油和乙二醇水溶液的海底管线。n nMNWMNW平台上的捕集器平台上的捕集器n nSW-MNWSW-MNW海底管线管径海底管线管径203.2mm(8203.2mm(8”)，长约，长约10km10km。其设计生。其设计生产能力（头五年）为产能力（头五年）为800km3/d800km3/d，之后为，之后为500 km3/d500 km3/d。在。在MNWMNW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10.1m310.1m3，长，长6m6m。其设计压力为。其设计压力为8.3Mpa8.3Mpa，设计温度，设计温度-20-62-20-62，操作压力，操

19、作压力7.5Mpa7.5Mpa，操作温度，操作温度3-323-32，液位控制在，液位控制在600mm600mm。捕集器有四。捕集器有四个液位控制阀，分别是高高液位个液位控制阀，分别是高高液位1100mm1100mm、高液位、高液位1000 mm1000 mm、低液位低液位400 mm400 mm、低低液位、低低液位250 mm250 mm。n n针对海上平台晃动，为解决捕集器稳定性，在捕集器底部设针对海上平台晃动，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。捕集器高有两个鞍形支座，使捕集器稳定地安装于支座上。捕集器高3800 mm3800 mm。岸上终端液塞捕

20、集器捕集器共有8根平行管组成，容积为599m3 平湖-上海湿天然气管道 n n平湖油气田位于东海海域，距上海市南汇咀东南方向约平湖油气田位于东海海域，距上海市南汇咀东南方向约365.2km365.2km，海图水深，海图水深87.587.5。上海气体处理厂位于上海市南汇。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）约潮港）约21km21km。捕集器结构小结 1 1捕集器容积确定捕集器容积确定n n一般，以一般，以1/10001/1000或或1/1000,0001/1000,000概率的最长液塞相应的体积作概

21、率的最长液塞相应的体积作为捕集器的设计处理量。在管道内平衡集液量较小时，也可为捕集器的设计处理量。在管道内平衡集液量较小时，也可以平衡集液量作为捕集器设计的处理量。以平衡集液量作为捕集器设计的处理量。1 1容器式捕集器容器式捕集器n n容器式一般用于海洋平台上，结构与陆上油气分离器类同，容器式一般用于海洋平台上，结构与陆上油气分离器类同，只是有较大的缓冲容积，其缓冲容积对应的高低液面约为只是有较大的缓冲容积，其缓冲容积对应的高低液面约为，以满足气液瞬时流量的较大变化，并设有高高液位、高液位、以满足气液瞬时流量的较大变化，并设有高高液位、高液位、低液位、低低液位，以警示操作人员。低液位、低低液位

22、，以警示操作人员。1 1管式捕集器管式捕集器n n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；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、管子愈长。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综合考虑确定。管式捕集器分应根据场地和建造费用等因数综合考虑确定。管式捕集器分离段和储液段的坡度很小（离段和储液段的坡度很小（1-301-30），管子很长，原油流动性），管子很长，原油流动性差且有流动温度

23、要求，故不宜用于天然气差且有流动温度要求，故不宜用于天然气/原油多相流管道。原油多相流管道。捕集器结构及尺寸优化尺寸优化设计 n n优化目标函数优化目标函数 OPT：求：求D，L，Pmin S.T.（1）捕集器容积大于最大液塞量捕集器容积大于最大液塞量 （2）最高液位小于捕集器高液位、高高液位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最高压力低于捕集器操作压力优化算法根据分离器规范设计要求和运行条件，初步确定捕集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器结构尺寸的初值 建立捕集器内压力、

24、液位变化、气液出口调节阀等动建立捕集器内压力、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满足要求最终得到满足要求的捕集器结构尺寸最终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，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

25、将管路和捕集器作为一个整体考虑，因此优化方法 采用动态采用动态模拟技术模拟技术 n n捕集器结构尺寸初值捕集器结构尺寸初值 n n动态模拟的数学模型动态模拟的数学模型 捕集器结构及尺寸优化尺寸优化设计容器式液体体积变液体体积变化方程化方程 压力变化方程压力变化方程 液位变化方程液位变化方程 控制器方程控制器方程 气动传输线方程气动传输线方程 控制阀方程控制阀方程 数学模型 n n液体体积变化方程液体体积变化方程 n n压力变化方程压力变化方程 当液塞进入时 当气泡进入时 当液塞进入时 当气泡进入时数学模型n n液位变化方程液位变化方程n n控制器方程控制器方程 n n压力控制器送往压力控制阀的

26、压力随时间的变化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液位控制器送往液位控制阀的压力随时间的变化 数学模型n n气动传输线方程气动传输线方程n n压力控制阀压力随时间的变化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液位控制阀压力随时间的变化n n控制阀方程控制阀方程 对于压力控制阀 对于液位控制阀 数学模型 当液塞进入捕集器、气泡进入捕集器时，联立求解以上各当液塞进入捕集器、气泡进入捕集器时，联立求解以上各式：式：（1）捕集器内液体体积；）捕集器内液体体积；（6）压力控制阀压力；）压力控制阀压力；（2）捕集器压力；）捕集器压力；（7）液位控制阀压力；）液位控制阀压力；（3）捕集器液位；）捕集器液位；（8）压力控制阀开度；）压力控制阀开度；（4）压力控制器压力；）压力控制器压力；（9）液位控制阀开度；）液位控制阀开度；（5）液位控制器压力；）液位控制器压力；n n分离段设计计算分离段设计计算n n n n储存段设计计算储存段设计计算n n n n动态模拟动态模拟 捕集器结构及尺寸优化尺寸优化设计管式n n计算满足流型转变的管径及相应的操作工况含液率计算满足流型转变的管径及相应的操作工况含液率