1、混輸系統段塞流捕集器的動態模擬及選型第31卷第3期(2012.03)(試驗研究)混輸系統段塞流捕集器的動態模擬及選型張國棟張國強惠曉滎中國石油集團工程設計有限責任公司北京分公司摘要:采用OLGA多相流瞬態模擬軟件對混輸管線進行段塞跟蹤模擬,從而獲取管線運行工況及最大段塞液量和持續時間.根據分離器的選型系列,需選三列DN3600mmX18000mm的段塞捕集器才能滿足要求.應用簡化模型,模擬18-3000管線正常運行及清管過程中后部段塞流捕集器的運行情況,由模擬結果可知,管線設定的正常液位為1m,當清管段塞到來時,捕集器內液位最大值為2.2m,能接受全部來液量且控制在高低液位之間,段塞過后液位能

2、及時恢復平衡狀態.關鍵詞:段塞流捕集器;管式i容積式;多相流i模擬;OLGAdoi:10.3969/.issn.1006-6896.2012.3.0161分類及應用段塞流捕集器是長距離混輸管道終端常用的一種氣液初級分離設備,根據不同的工況需要可分為容器式和管式兩類.段塞流捕集器可有效地分離并捕集液體,確保下游設備正常工作;當最大液塞到達時,又可作為帶壓液體的臨時儲存器,能連續地向下游供氣n.1.1管式段塞流捕集器管式段塞流捕集器在處理氣體凝析液流的過程中應用最廣,它可吸收部分液體波動量,具有操作簡單,處理量大等特點;其缺點是占地面積大,且對來液分配均勻要求較高,若不均勻容易造成單根平行管負荷過

3、大導致的氣液中夾帶液體的現象.管式捕集器分為氣液分離段和液體儲存段兩部分,在結構和工藝計算方法上與常用分離器有很大的區別.它由幾根下傾的平行管段構成,材質為標準直徑的管子.其配管設計時要盡量使各平行管內的負荷分配均勻,否則會使氣液分離效果下降.1.2容積式段塞流捕集器常使用容積式段塞流捕集器輸送起泡原油,因其有較大容積空間和停留時間,使氣液分離和泡沫破碎,便于保溫且能保持流體的流動性.該捕集器一般用于海洋平臺上,其結構與陸上油氣分離器大致同,有較大的緩沖容積,緩沖容積對應的高低液面約為0.250.7D,能夠滿足氣液瞬時流量的較大變化.容積式段塞流捕集器占地面積小,能適應海上平臺的空間限制并滿足

4、海外項目橇裝化供貨的生產要求.容積式段塞流捕集器與傳統的油氣分離器大致相同,設有高高液位,高液位,低液位,低低液位,以警示操作人員.段塞流捕集器的設計應盡可能簡單,并應盡可能地考慮自身負荷和高速段塞流對容器內部的沖擊,通常段塞流捕集器只能起到緩沖來液的作用,一般可視為一個儲存容器,主要功能不在于氣液分離.20LCA動態模擬及設備選型兩相混輸管線流動特性較為復雜,加之地形的多變性,很難手動計算出管線段塞流情況,因此采用OLGA多相流瞬態模擬軟件對混輸管線進行段塞跟蹤模擬,從而獲取管線運行T況及最大段塞液量和持續時間,依據這些數據可以進一步完成設備的選型.某油田地面工程站外集輸系統采用油氣混輸方案

5、,管線從單井由不同的計量站混輸進人油氣處理站,設計處理能力為每天16萬桶,進站壓力0.55MPa,井口回壓小于2.0MPa.將原油PVT數據通過PVTsim軟件生成tab表后,導入OLGA進行動態模擬,模擬T況包括正常操作T況和清管丁況,詳細模擬結果見表1.從OLGA結果分析,正常運行_丁況產生段塞液量較小,因此只考慮清管工況對系統造成的影響,并選取清管液量最大的計量站至油氣處理站的管線為計算對象,進一步展開段塞流捕集器的選型計算.限于篇幅,本文只對容積式段塞流捕集器進行計算.根據在t時間內進入捕集器的液體量與捕集器控制液面至出油口這段高度范圍內液體量相等的原一34油._【田地面工程(http

6、:/www.yqtdmgc.corn)第31卷第3期(2012.03)(試驗研究)則,可設計出捕集器直徑尺寸及捕集器長度.2.1初選尺寸清管工況為惡劣工況,清管段塞最長持續時間為41rain,最大清管段塞的體積為597m.段塞流捕集器緩沖容積通常選取對應的高低液面0.250.7D,牟面丁彳導沖容積=0.89容器容積,故需要的段塞捕集器容積為509m.根據分離器的選型系列,需選三列DN3600mmx18000mm的段塞捕集器才能滿足要求.2.2OLGA軟件緩沖容積計算OLGA計算末端液塞緩沖容積的原理為Vsurgej+JMax(0,Vsurgej+ACCLIQj+1一ACCLIQjQdrax(t

7、j+l)其中l=0,ACCLIQ(Accumulatedliquidvolumeflow)是瞬態模擬過程中管線末端累計排出的液量,Q是瞬態模擬過程中每個獨立的節點處液體流速的平均值.Q可取模擬過程中平均排液速度或者段塞流捕集器的最大處理能力,這種方法所得結果對排液速度的變化較為敏感,故需慎重取值.對于單根管線,OLGA模擬結果為465.3m.段塞流捕集器緩沖容積通常選取對應的高低液面約為0.250.7D,故需要的段塞捕集器容積為523m.根據分離器的選型系列,故可選三列DN3600mmx18000mm的段塞捕集器即能滿足要求.OLGA模擬的緩沖容積的結果與手動初選的段塞捕集器尺寸結果一致.此方

8、案占地面積小,且能滿足海外項目撬裝化生產的要求.通過在捕集器前加入一些小型預分離裝置(如旋流分離器),可以有效提高氣液分離能力,減小段塞過程中氣液不平衡對下游的沖擊.經過優選,推薦使用此方案.2.3模擬驗證作為混輸管路的終端設備,捕集器的尺寸大小與管路幾何參數,運行條件以及捕集器的控制方案等因素有關,在設計上與一般的分離器存在較大的差別.可將管路和捕集器看作為一個整體,嘗試用OLGA對高效段塞捕集器系統進行瞬態模擬.圖1為段塞流捕集器OLGA簡化模型.r.xL.”0O卜a啪l蠢I-t一-1H6Ic啊-.aVI圖1段塞流捕集器OLGA簡化模型應用簡化模型,模擬183000管線正常運行及清管過程中

9、后部段塞流捕集器的運行情況.來液經過PHASESPLIT進行氣液相預分離,液相進入經計算尺寸的段塞流捕集器中,監視捕集器內的液位.由模擬結果可知,管線設定的正常液位為lm,當清管段塞到來時,捕集器內液位最大值為2.2m,能接受全部來液量且控制在高低液位之間,段塞過后液位能及時恢復平衡狀態;段塞捕集器出口管線末端出液平穩,不影響下游設備的正常生產.故此方案可行.3結語OLGA多相流瞬態模擬軟件是一種先進的多相流計算工具,可有效提高計算效率和準確性,通過動態模擬可以更好地掌握管道運行數據,同時為下游設備的設計提供基礎數據.根據段塞流捕集器的結構特點,結合多相流的基本理論,并利用國際權威的OLGA多相流瞬態模擬軟件對實際工況進行了模擬,通過動態模擬確定段塞流在各種工況下的數量及容積,進行了初步選型計算及比選,為項目的進一步優化提供了有力的支持.目前該項目將進人建設階段,下一步將根據具體的數據進一步優化段塞流捕集