基于无人值守的橇装油气混输装置设计.pdf
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1、电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering561 问题提出安塞油田已勘探开发40年,地处“五河三库”流域,点多面广、区域分散,目前有 51%的站点处理液量不足 120m3/d,仍有 70%以上的站点采用传统三级布站模式,所有站点必需通过缓冲、分离、增压、伴生气加热等流程,且部分区域伴生气小,无法满足站内加热需求,导致管理层级多、运行效率低、用工数量大、安全风险高等矛盾日益突出。近年来,虽然推行站点无人值守改造,但传统集输工艺的实质未发生变化:(1)系统负荷率低,4
2、0%以上的站场负荷率不足50%,运行成本高。部分站场液量持续下降,导致管道输量与管径不匹配现象严重,冬季管道运行存在一定的风险。(2)管道、站场腐蚀老化,安全环保管控难度大,存在较高的安全和环保风险。设备超期服役,部分静设备安全风险高、动设备可靠性差,需持续推进管道及站场完整性管理。国家新颁布的安全生产法和环境保护法的实施,本质安全环保面临巨大挑战。(3)油气资源利用率低,油气损耗大。部分区块密闭率、原油稳定率和伴生气回收率低,造成油气损耗大、资源利用率低。部分边缘分散区块规模小,没有实现油气开采过程全密闭。部分临时输油点仍采用开式流程生产,油气挥发损耗大、不满足 VOCs 排放标准1-3。(
3、4)常温集油普及率低,处理系统能耗高。目前单管常温集油井仅占总井数的 1/3,要充分利用高含水期水力和热力发生变化的有利条件,进一步简化集油工艺,节能降耗。(5)数字化应用程度普遍较低,设备无人值守运行风险高。本文设计基于无人值守的橇装油气混输装置,弥补上述不足。2 设计思路及应用范围2.1 总体思路针对油田处理液量低、伴生气不能满足本站燃气加热需求、冬季运行困难的低效站点,采用管对管(泵对泵)的方式进行处理与外输,即井组来油总机关收球筒加药装置电加热油气混输泵电加热。油气混输装置采用橇装集成,设计能力 120m3/d,站内设 30m3应急储罐,泵进出口通过安装电动三通阀及电动球阀实现远程流程
4、切换与紧急切断等控制。2.2 橇装设计将总机关-收球筒-加药泵集成,电加热-混输泵-电加热集成,2个集成装置可采用螺栓、卡箍等进行拼接。新建站点采用拼接后的一体化集成装置,老站改造时根据功能、地理位置等需求,将 2 个集成装置分开进行安装,满足不同条件下的站场灵活布局。2.3 仪表设计橇装油气混输装置所有自控仪表、阀门均采用双保险的方式进行设计,即机械压力表和压力变送器进行配套,电动阀与机械泄放阀进行配套,现场手动流程与远程控制系统相配套,最大限度保障输油橇的正常运行。混输泵前加装耐用性较强的三相流量计,使介质压力、基于无人值守的橇装油气混输装置设计王义1惠新阳2葛溪3谭广杰1袁耀东4(1.长
5、庆油田第一采油厂 陕西省延安市 716000 2.长庆油田第三采油厂 宁夏回族自治区银川市 750006)(3.宁波合力机泵股份有限公司 浙江省宁波市 315100 4.长庆油田第十二采油厂 甘肃省庆阳市 745000)摘要:本文针对现有的数字化橇装集成增压装置工艺流程复杂、占地面积大、运行问题多等难题,提出新型油气混输一体化集成装置设计,通过停用原有橇装缓冲罐、加热炉等特种设施,简化集油收球加药一体化装置,将收球、加药、电加热、混输泵、三相流量计等装置集成一体化设计,配套电控一体化智能控制系统,实现站场无人值守。相比传统数字化橇装集成增压装置,在满足站点基本功能需求的前提下,装置体积更小、工
6、艺流程更加简化,通过油气混输工艺升级,消除加热炉、压力容器等特种设备运行和管理风险。通过配套先进的三相计量工艺、高效的电磁加热技术、安全的智能控制系统,消除现有站点无人值守安全顾虑。关键词:无人值守;智能控制系统;电磁加热技术;三相计量电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering57温度与下游进站端压力、温度保持一致,便于管道泄漏监测。2.4 备用流程设计油气混输橇选择在常规增压站进行试验,保留原有站内工艺流程,试验过程中如遇混输橇故障,可启动站内原有流程运行,确保
7、站点运行更加安全。3 主要改造内容3.1 优化总机关与加药装置(1)存在问题:一是总机关设计压力不能满足后期清水试压要求;二是井组管线泄漏后站内液体可能倒流出站,导致泄漏量加大;三是加药装置选型过大,运行中增加了现场员工的工作量4,5。(2)改造方案:一是对总机关来油管线增加止回阀、试压控制阀,试压控制阀门按照管线设计压力设计,总机关仍然按照站内设计压力设计,止回阀选用可通清蜡球;二是合理选择加药装置,按照加药量 2-15L/d 选型,加药罐满足 5-10 天纯药量库存,加药采取不稀释,定时定点投加纯药品。3.2 燃气加热炉更换为电磁换热器(1)存在问题:相当一部分低效站点伴生气不足,不能满足
8、加热炉用气需求,只能铺设管网引入天然气。(2)改造方案:一是站点加热全部改用电加热,在外输泵进出口各安装一套,满足泵进口过滤网运行及输油要求,防止站内出现加热装置故障后不能输油问题。电加热根据不同液量进行定制,可根据出口温度和设定油温自动变频调整功率,实现外输温度恒定。3.3 输油泵更换为油气混输泵3.3.1 同步回转同步回转压缩机主要由气缸和与之内切的转子两个柱形体组成,转子通过滑块带动气缸转动,此时气缸和转子间由滑块分割成容积不断变化的吸入腔和压缩腔,从而实现介质的不断吸入和压缩排出过程。从运行效果看,该装置井组降回压效果显著,扩大了管线集输半径,最远输送距离超过 10km,有效解决了以往
9、偏远井组无法归站的问题。缺点是设备故障频繁、维护周期较长、维护费用高。设备连续运行时间最短的为 3 个月,其主要原因为机泵卡死(40%)、机封漏油(60%),且大多需要进行整体更换。设备运行每半年需要进行强制停机维护,运行成本较高。3.3.2 偏心回转通过摆轴在油缸中以往复摆动的方式引起容积变化,吸油腔的容积不断增大、形成真空,介质通过吸油口不断进入吸油腔,滑板另一侧排油腔的容积不断减小,工作介质通过排油口排出,完成吸油、排油过程。通过现场试验,该橇能够替代 100m3/d 以下的低效站点,装置采用一用一备,输送压力高,适用于气油比较低的站点。缺点是泵的携气能力较差,试验期间多次出现过泵进口压
10、力上升超过 0.5Mpa 的情况,导致站内总机关以及上游井组压力过高。且泵故障率较高,平均运行 22天维修 1 次,主要集中在泵无法启动、启动后快速停机、泵体密封件损坏等问题6,7。3.3.3 双螺杆启动电动机通过联轴器带动主动螺杆,经轴端一对同步齿轮传动,使主、被动螺杆产生相互啮合转动使泵腔两端吸口产生真空,介质被输入泵腔两端,在主、被动螺杆旋面推动下,将介质推向泵体中部出口排出。该设备日产液量 120m3/d,伴生气量 1000m3/d,使用双螺杆泵后平均排量 5.7m3/h,压缩比约为 8:1。理论上双螺杆泵存在齿轮、轴承磨损率较高、使用寿命短、维护成本高等问题,需进一步评价。3.3.4
11、 柱塞式采用由三缸双作用往复式油气混输装置、抗气阻混合稳压器、喷射回流自润滑器、气液混合过滤器和控制系统等组成。突破往复泵与压缩机单向阀输送介质结构型式束缚,设计双流道立式单向气液组合阀,液量300m3/d,伴生气量 2580m3/d,平均气油比 31.8m3/t,压缩比约为 7.1。该柱塞泵运行三年多,未出现故障,日常维修仅需要清理液力端,携气能力强、维护费用低、可靠性高、连续使用时间长。如表 1 所示。综合考虑经济性、稳定性与安全性,推荐选用柱塞式油气混输泵做为橇装油气混输装置的主用泵,输油装置必须配备一拖一的变频装置,采用双泵配套,日常运行一台,备用一台。3.4 配套三相计量实现首末端输
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