天然氣集氣一體化集成裝置的研制與應用

朱天壽 王登海 石萬里 劉 劉銀春 鄭欣 張磊

（1.長慶油田分公司；2.西安長慶科技工程有限責任公司；3.長慶油田分公司第五采氣廠）

在長慶油氣田“實現油氣當量 5 000×10t4/a、建設西部大慶”發展進程中，大規模的油氣田產能建設面臨著有效建設時間短、投資控制難度大、管理區域廣等實際問題。面對新的形勢和要求，長慶油田分公司堅持標準化設計的深化應用、集成創新，研發了一批先進、實用、安全、可靠的一體化集成裝置，其中天然氣集氣一體化集成裝置是長慶氣田地面系統技術創新成果，是致密氣藏開發的關鍵設備，該裝置具有進站緊急截斷、干管遠程放空、氣液分離、流程切換、外輸計量、自用氣供給、閃蒸、放空分液、自動排液和清管等功能［1］，可實現獨立運行、遠程關斷、自動排液、安全放空、動態監測及智能報警，滿足氣田數字化、智能化、遠程操作的管理要求，達到了加快氣田地面建設速度、節約用地、節省投資、降低安全風險的目的［2］。

1 裝置組成

通過對蘇里格氣田數字化集氣站的生產流程和運行管理進行深入分析，將數字化集氣站的進站區、分離器區、閃蒸罐區、分液罐區、自用氣區、外輸計量區 6個工藝區中的 4個壓力容器（氣液分離器、閃蒸罐、分液罐、自用氣分離器）、61臺各類閥門、230個各類管件等工藝設備及儀表智能控制系統、電氣設備等集成并組合成橇，形成天然氣集氣一體化集成裝置。該裝置適用于中低壓、非酸性集氣站場，能夠代替氣田常規非增壓集氣站。

1.1 主要參數

處理介質為非酸性原料天然氣；設計壓力為4.0MPa；運行壓力為 1.0～3.5MPa；處理規模為 50×104m3/d；液氣比為 0.3～1m3/104m3；自用氣量為960m3/d；外形尺寸為 18.5m（長）×2.6m（寬）×4.2m（高）；裝置重量為24.3t。

1.2 工藝流程

天然氣集氣一體化集成裝置內包括天然氣、放空、排液和自用氣4項流程，見圖1。

1.2.1 天然氣流程

采氣干管來氣通過三通閥接入裝置，經分離閃蒸罐的分離腔，中壓工況時經氣液分離后計量外輸；低壓工況時經去壓縮機接口去壓縮機增壓，增壓氣通過壓縮機來氣接口接入裝置，計量后外輸。

圖1 天然氣集氣一體化集成裝置流程

1.2.2 放空流程

采氣干管來氣經三通閥進入裝置內的放空總管，分離閃蒸罐的分離腔的安全閥及遠程放空接入放空總管，放空總管設置壓縮機的放空接入口。放空總管接入分離閃蒸罐的閃蒸分液腔，經分液后放空氣接入站外的放空火炬。

1.2.3 排液流程

分離閃蒸罐分離腔設有兩路并聯的自動排液流程，一路為自動排液閥；另一路為電動球閥＋電動調節閥。

正常排液流程：分離閃蒸罐分離腔分離出的采出水通過自動排液閥接入排液總管后排入分離閃蒸罐的閃蒸分液腔，經閃蒸后通過自動排液閥排至站內設置的采出水儲罐中，定期拉運。排液總管設置壓縮機的排液接入口。

應急排液流程：當出現段塞流等分離液量較大的工況時，分離腔液位計檢測到高高液位，啟動應急排液流程，即，開啟電動球閥及電動調節閥，電動調節閥開度與液位連鎖，確保分離腔的液體及時排出，保障分離腔的分離效率；電動調節閥與閃蒸分液腔的液體出口相連，直接接入采出水儲罐中，避免大量液體短時間進入閃蒸分液腔而影響放空分液的效果。

1.2.4 自用氣流程

自用氣經自用氣分離器進行二次氣液分離、調壓后向放空火炬、發電機等用氣點供氣。自用氣共有兩個氣源，主供氣源引接自分離閃蒸罐分離腔出口；備用氣源引接自計量后的集氣管道。當站內檢修時，由備用氣源供氣。

2 主要功能

2.1 進站緊急截斷

進集氣站的進站緊急截斷由裝置的三通閥完成，三通閥有截斷、生產、放空3個狀態；三通閥接入控制系統，當站場出現事故或采氣管線泄漏等緊急工況下，可遠程將三通閥開啟到截斷狀態，即可實現進站緊急截斷。

2.2 干管遠程放空

當檢測到干管超壓、泄漏等需要干管緊急放空時，只需遠程將三通閥調整至放空狀態，即可實現干管氣體遠程放空。

2.3 氣液分離

裝置設有設計壓力 4MPa、公稱直徑 1 000mm分離閃蒸罐1具，該罐由分離腔和閃蒸分液腔組成。分離腔同時具有重力分離、旋流分離、過濾分離 3種分離功能，滿足在中壓或低壓時對原料氣的處理量和處理精度的要求。

2.4 流程切換

根據集氣站流程，裝置在分離閃蒸罐下游設置一進兩出和兩進一出電動三通閥各1臺，實現原料氣進壓縮機的流程切換；實現站內中低壓流程的切換。

2.5 外輸計量

裝置設孔板流量計1套，實現對外輸氣量的計量。

2.6 自用氣供給

裝置設自用氣調節閥，為放空火炬和燃氣發電機供氣。燃料氣一路從孔板流量計下游引接；預留一路接口從壓縮機出口引接，以提高供氣可靠性。

2.7 閃蒸

分離閃蒸罐分離腔分離的采出水，經過自動排液閥直接進入分離閃蒸罐的閃蒸分液腔內，經閃蒸后的采出水排入站內的儲罐。

2.8 放空分液

放空總管來氣接入分離閃蒸罐的閃蒸分液腔，經分液后通過水封筒排入放空火炬。放空總管預留其他區域放空管線的接入口。

2.9 自動排液

分離閃蒸罐的分離腔采用自動排液閥和電動調節閥相結合的雙自動排液流程，正常情況下由自動排液閥排液，電動調節閥關閉；當出現自動排液閥堵塞或段塞流工況時，自動切換到電動調節閥排液流程，實現調節閥自動、快速、可控排液。

2.10 清管

設清管裝置（閥）1套，滿足對集氣管線清管的需求。清管閥的規格可根據站場的實際工況設置。

3 裝置特點

3.1 集成設備提高裝置成橇水平

3.1.1 裝置采用三通閥減少閥門數量

三通閥閥體有3個接口，通過調整閥芯位置使閥門截斷或者連通，實現流程的切換，將常規切換流程的兩個閥門簡化為一個閥。三通閥根據結構不同可分為一進兩出（分流閥）或者兩進一出（合流閥）。

裝置共采用12個三通閥，其中設計壓力4MPa、公稱直徑80mm分流閥10個；設計壓力4MPa、公稱直徑200mm分流閥及合流閥各1個，代替24個常規球閥和節流截止閥，減少閥門12個。

3.1.2 多功能、高效分離閃蒸罐減少裝置長度

分離閃蒸罐是根據裝置需求研發的新型組合設備，其規格為設計壓力4MPa、公稱直徑1 000mm、長度8.5m，與常規的分離器＋閃蒸分液罐的方式進行安裝，裝置長度減少2.7m，有效地減少裝置上的設備，降低投資，縮短裝置長度，減少占地。

分離分為分離腔和閃蒸分液腔，中間用擋板隔離，分離腔具有重力分離、旋流分離、過濾分離 3種分離功能，體積小、效率高；閃蒸分液腔采用雙筒結構，可以避免分離出的液體被二次帶入氣體，上筒體設置導流板、擋板、捕霧器，以提高放空氣體的分離效率。

3.1.3 裝置內集成配電箱、儀表接線箱

裝置內設置配電箱和儀表接線箱，6路電纜配出38路，減少電纜敷設32路，既減少了電纜長度和敷設工程量，又提高了裝置集成度，減少現場安裝，保證裝置美觀。

3.2 定型設備提高安裝質量

裝置設計充分遵循標準化設計的統一工藝流程、統一平面布局、統一建設標準、統一模塊劃分、統一設備選型、統一三維配管的設計理念，設備、閥門、管件等設計參數、功能、尺寸、接口要求等均按照長慶油田分公司“定型定價”、“管理數字化”相關文件執行，既保證了裝置的運行可靠性，又方便采購、安裝、更換、維護。

3.3 裝置分開布置方便組裝及拉運

將裝置的集氣部分和分離部分分開布置，單獨成橇，現場組裝，既減小裝置的體積，又方便拉運和安裝。

4 實施效果

裝置已在蘇里格氣田推廣運行5臺，實現了由零件標準化向產品標準化的轉變，推進了氣田智能化進程。

一是，施工周期。裝置全部在車間完成，既保證了焊接質量，又避免天氣對施工的影響，集氣站施工周期可縮短15天。

二是，站場投資。規?；\用后，投資降低將超過10%。

三是，征地面積。征地面積較數字化集氣站減少超過30%，采用一體化集成裝置，實現了站場橇裝化建設，優化了站場布局，100×104m3/d數字化集氣站占地面積由4 333m2減少到2 800m2。

四是，外觀質量。裝置布局合理，電儀電纜規范安裝，整體美觀，操作方便。

五是，裝備制造。進一步深化了標準化設計，實現設備的小型化、橇裝化、集成化、一體化、網絡化、智能化。

天然氣集氣一體化集成裝置在長慶氣田大規模建設中彰顯出它的優勢，在優化工藝、加快建設進度、節約投資、降低能耗、減少占地、減員增效等方面，取得了顯著的成效。

[1] 朱天壽,劉祎,周玉英,等.蘇里格氣田數字化集氣站建設管理模式[J].天然氣工業,2011,31(2): 9-11.

[2] 王登海,楊光,楊學青,等.蘇里格氣田橇裝設備的開發與應用[J].天然氣工業,2007,27(12): 126-127.