使用孔板流量计计量三相分离后的天然气流量研究

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使用孔板流量计计量三相分离后的天然气流量研究

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发布时间：2017-12-20 11:46:11

摘 要：HPT 系列天然气分离计量装置是天然气田在勘探、开发过程中的重要设备。它可以同时完成对井口流体的加热、分离和计量；可对系统的工作温度、压力、液位等参数的工作状态进行自动控制、自动报警；并具有完善的数据处理、流量计算、报表生成等功能。该装置整体结构紧凑、自动化程度高、性能安全可靠、操作简单。

1 概述
        三相分离测试装置是油气田在勘探开发、试井求产过程中的重要设备。HPT 系列三相分离测试装置工艺合理、技术先进、采用橇装一体结构，特别适用与自然条件恶劣的边远地区油气井测试、试采作业。

        HPT 系列三相分离测试装置采用油气水高效分离技术，可使用于凝析气井、轻中质原油气井 ( 三相分离器的操作温度、压力应满足工艺要求，否则影响分离效果 ) 。计算机测试系统可对系统的工作温度、压力、液位等参数的工作状态进行自动检测、自动报警；并具有完善的数据处理、流量计算、报表生成等功能。该装置整体结构紧凑、自动化程度高、性能安全可靠、操作简单。

2 装置的主要技术指标
        a) 处理能力：HPT-30/50A 型：气相处理量 30 万方/天，液相处理能力 50 方/天，自动控制；
        b) 三相分离器设计压力：9.8Mpa；
        c) 爆破片定压：9.4Mpa,推荐值 9.0～9.4Mpa；
        d) 安全阀定压：8.5Mpa,推荐值 8.0～8.5 Mpa；(安全阀定压需经当地锅检部门标定后使用)
        e) 三相分离器允许操作压力：1.0～8.0Mpa，推荐操作压力:2.0～6.0Mpa；
        f) 三相分离器操作温度：一般 20℃～65℃（根据原油性质确定）；
        g) 水套炉功率：480KW；
        h) 水套炉盘管设计压力：35Mpa/12Mpa；
        i) 适用介质：含油（凝析油、轻中质原油）、含水天然气，H2S 含量不超过 200ppm；
        j) 天然气流量测试精度：±2％；
        k) 油测试精度：±2%，水测试精度：±2%；
        l) 供电电源：220VAC，10A；
        m) 装置外形尺寸（长×宽×高）：7.6×2.2×2.5m；
        n) 设备自重/使用重量：11.8T /20.8T；

3 工作原理、主要设备及仪表

3.1 工艺流程
        井口油气水混合产物首先经过节流管汇节流降压,或直接进入水套炉高压盘管预热后，经水套炉上的油嘴或针型阀节流降压后进入低压盘管。经水套炉再次加热至 25℃～65℃(依据液相物性),然后进入三相分离器分离测试。在分离器内对油、气和水进行三相分离，分离后的天然气经标准孔板流量计计量后外输。分离器的排水和排油由各自自动调节阀控制，排水和排油量由油路、水路旋涡流量计计量。温度、压力及油、气和水三相流量信号经采集系统进入计算机，供记录、处理、存储、打印等使用。

3.2 水套加热炉
        水套炉以天然气为燃料,内装有清水做为换热体。燃料气在火管中燃烧，热量通过火管传递到水中，浸没在水中的天然气盘管从热水中吸热，使盘管中天然气温度上升，以达到加热天然气的目的。

        来自气井的天然气zui高允许输入压力为 35MPa，经预热和节流降压再加热后，进入三相分离器。水套炉水箱内的水温控制在适宜范围内（一般不大于 80℃），水温的控制由温度变送器、双金属温度计、气动薄膜调节阀及计算机所组成的温控系统所控制或者由自力式温度调节阀控制。为防止天然气在水套炉和分离器管线中形成水合物堵塞。一般控制天然气出炉温度在 25～40℃，或者根据现场需要自行设定。

3.3 三相分离器：(结构尺寸：φ600×3200)
        三相分离器采用 20R-GB6654-1996 正火板，100%射线探伤+整体热处理,具有较好的安全性。工作原理：在内部构件和重力、惯性力的作用下，首先实现气液分离。含有少量气体的油水混合物经液体分布器、油水聚结器和重力沉降分离后，油越过固定的溢流板进入分离贮油段，水经溢流管进入分离储水段。分离后的油和水经过各自出口控制阀由测试表测试后外输。与液体分离后的天然气经过重力沉降分离和高效除雾器后，由气出口经过孔板流量计测试后外输。

3.4 净化器
        净化器是将分离器排出的天然气经减压后的再次脱水，作为燃烧和仪表用气。安全阀定压 1.3Mpa；zui高工作压力1.2MPa。

3.5 干燥器
        干燥器是将净化器输出的天然气一部分经干燥剂深度脱水后输出作为仪表用气，在使用一段时间后，应将罐中干燥剂卸出烘干或用新鲜干燥剂置换。安全阀定压 1.3Mpa；zui高工作压力 1.2MPa。

3.6 安全装置
        安全阀具有可重复使用、爆破片装置响应快、性能可靠的特点。HPT 三相分离装置采用安全阀和爆破片装置并列串级保护方案,安全阀定压低(接近于zui高操作压力)，爆破片装置定压高(接近于容器设计压力)。安全阀使用中每年应按规定标校，爆破片装置至少每两年更换一次。

3.7 自动检测和控制系统
        三相分离装置的检测和自控系统是以计算机为管理核心，以高精度电动变送器为检测仪表，以气动调节阀为执行机构的一个完整系统，是以便携式工业控制工控机为核心，采用高精度的检测仪表，和气动调节阀组成。仪表的种类有：高精度压力变送器、差压变送器、温度变送器、油水界面变送器、智能旋涡流量计、智能靶式流量计和气动直通薄膜单座调节阀等。

        天然气分离测试装置的现场仪表安装采用分散就近安装，集中远传的方式。每台仪表的信号均连接到信号转接箱内部的信号分配端子排上，用电缆集中传送到室内的电控接口箱。电控接口箱对信号进行转换后提供给工控机。工控机发送到现场的控制信号也经过电控接口箱的驱动来控制现场执行设备。电控接口箱还完成电源的变换及对所有变送器的供电。

        HPT 系列三相分离测试装置采用抗震性能好的电动仪表，因此要求有电源供应。对于无市电供应的场合，采用自备发电机供电。供电不稳定时，zui好配备后备式 UPS 电源。为了节省电源，HPT 系列三相分离测试装置的现场控制阀仍采用气动控制阀。装置本身分离净化后的天然气或空气压缩机提供的压缩风，经再次分离、过滤减压后作为仪表气源。在不需要采集数据的情况下，也可以不用常明电和计算机、采集箱等设备，把 HPT 三相分离器当普通机械式三相分离器使用。

        在该分离装置中，排水和排油采用自动控制、兼顾手动控制。操作人员应精心操作，保证油水液面在安全范围内。否则，会出现排液带气或排气带液的问题。在轻、中质原油井条件下使用时，要注意控制三相分离器的操作温度满足要求。否则，会影响油水分离效果和油相排出。凝析气井温度一般控制在 25℃～35℃，轻中质原油井温度一般控制在 45℃～65℃。轻中质原油温度过低，将影响流量计油相计量精度。

4 一般故障及处理方法
        三相分离装置在长期的使用过程中，由于腐蚀层的剥离，气流中夹带泥沙的沉积，高粘度物质的附着，会在部分管线中产生堵塞，造成某种功能不正常。

5 HPT 三相分离器安全操作规程及注意事项
        （1）装置与井口和放空火炬应保持 30m 以上的安全距离。
        （2）三相分离装置使用前应良好接地，接地电阻小于10 欧姆。使用中，工作现场不得插拔电气接头。
        （3）装置启动前，检查并保证安全阀和爆破片后的管线畅通。
        （4）现场通信电缆连接完毕后，才能通过接口箱往现场送电。在现场通电情况下，不要进行插拨电缆接头、拆装仪表等操作。
        （5）根据气量大小，三相分离器的操作压力一般保持在 1~6.5Mpa；净化器的操作压力一般保持在 0.4~0.5Mpa。
        （6）装置运行中，应该两个小时到现场巡查一次。巡查项目有：各压力表、温度表、差压表指示数据是否正常，是否有异常响声，各处是否有泄漏，油嘴（针型阀）后管线是否结冰严重。并每 8 小时排放净化器底积液一次。每天检查一次水套炉箱体内水位。

（7）测试过程中不停气更换孔板流量计，按如下顺序操作：
        ① 开三相分离器气出口球阀。②关闭孔板阀两端的两个球阀。③打开取样阀，使孔板阀及管线中的夺力泄放，此时主可更换孔板流量计。完成后按③②①的顺序恢复原来的天然气流动过程。
        （8）装置稳定运行中，如果三相分离器压力或气量逐渐非正常增加，有可能是油嘴（针型阀）损坏，应立即关小上一级节流阀至到压力稳定或关井检查。
        （9）当装置试运或运行中，出现阀门、法兰或接头泄漏时，应立即切断进气，泄压后进行处理，切不可带压紧固。
        （10）在出现冰冻的寒冷季节，当装置停车时，应同时排出装置各部分的积液，水套炉盘管中的积液，可用装置停车时保留在分离器内的余气反吹，也可用空压机产生的压缩空气吹扫。
        （11）压力表和安全阀应按安全规程每年标定一次，确保在有效期内使用，压力容器必须按有关规程定期检验。
        （12）当设备停用时，应完全排出装置各部分的积液，并将各管线出入口封住，防止风沙或小动物进入，爆破片的放空口一定要盖好，严禁雨雪进入，否则可能改变性能甚至损坏爆破片。前些年在延安地区按照厂家指导爆破片放空口用饮料瓶套好回东部越冬，第二年试压发现爆破片已破裂，检查爆破片放空口饮料瓶完好，以后每年越冬前都把爆破片拆下来单独存放，来年再装上试压完好。
        （13）HPT 三相分离器在系统开机使用后，因为要电脑自动控制和自动采集计算数据，所以要求一天 24 小时有不间断电源，在实际使用中现场如无常明电可配备逆变器（320W 或以上）加电瓶（2*195Ah 或以上）来节省发电机油料，效果良好。
        （14）在摆放值班房时要考虑值班房到三相分离器的距离不能超过 19 芯数据传输供电电缆的长度，不然只有在室外搭帐篷摆放计算机及采集箱等设备。

6 存在问题
        （1）系统上的所有手动控制球阀应经常滴机油润滑，因地层液的腐蚀及腐蚀层的剥离，气流中夹带泥沙的沉积，高粘度物质的附着经常导致个别球阀不易开关或开关失灵。
        （2）在实际使用中用临界速度流量计与 HPT 三相分离器进行对比，在气产量 1.5-2 万 m3 时，HPT 三相分离器求出的气产量要比临界速度流量计低 800-900m3 。自动排水排油计量也存在一定的误差。
        （3）水套加热炉因设计有小常明火，便于使用电脑温度控制自动打开主火咀供气燃烧，但在实际使用中发现电脑自动控制主火咀供气闸门打开过快，偶尔导致还在小常明火未点燃主火咀时，大气流瞬间把小常明火吹灭，如长期无人发现易造成大量天然气泄漏聚集酿成事故。
        （4）整个系统自动化程度高，任何控制环节出现故障都会影响正常运行，实际使用中水相、油相的旋涡流量计曾出现过失灵现象，虽及时维修、处理后正常，这也反映到部分仪表部件存在质量问题，有待于改进。