寧 銅 許 言 趙建彬 王志超

1.中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司，四川 成都 610041；2.中國石油塔里木油田公司，新疆 庫爾勒 841000

0 前言

現(xiàn)階段國內(nèi)外大規(guī)模的陸地和海上油氣田開發(fā)越來越多，油氣田內(nèi)部集輸通常采用混輸工藝，能簡化集輸工藝和節(jié)省投資，但較長的輸送距離往往造成集輸管道凝析液量較大，而清管作業(yè)無疑讓集輸管道段塞量大幅度增加，因此，為了解決管道段塞流對處理廠裝置的影響，集輸管道末端往往考慮設置段塞流捕集器處理管道凝析液和清管造成的段塞流［1］。

1 段塞流捕集器常見型式

國內(nèi)外油氣田集輸工藝中，常見的段塞流捕集器一般可分為容器式和多管式（指式）段塞流捕集器，這兩種型式的捕集器在結(jié)構(gòu)形式上區(qū)別較大，但在實際使用中各有優(yōu)點［2］。

1.1 容器式段塞流捕集器

容器式段塞流捕集器通常型式有：臥式和立式。容器式段塞流捕集器中臥式更為常見，由單罐或多罐、緩沖板、捕霧器和防渦器組成，典型的臥式段塞流捕集器見圖1。

圖1 臥式段塞流捕集器

1.2 多管式段塞流捕集器

多管式段塞流捕集器一般由分流器、段塞分離段、段塞收集段和段塞儲液段、立管和沉液管以及平衡管束等組成，多管式捕集器的各個管段在坡度和長度上有所不同，在特定情況下還會設置沒有坡度的積液管段，用于液液分層和儲液。典型的多管式（指式）段塞流捕集器結(jié)構(gòu)型式見圖2。

2 段塞流捕集器選型

國際上通常推薦段塞量在100m3以下選用容器式段塞流捕集器，而對于較大段塞量情況，多選用管式段塞流捕集器，實際工程中通常從工作性能、設備投資、運輸與安裝、技術(shù)風險等方面進行綜合考慮［3］。

圖2 多管式 （指式）段塞流捕集器

2.1 工作性能

容器式段塞流捕集器特點：氣液分離效率較高；一般用于處理小段塞量。多管式段塞流捕集器特點：氣液分離效率較低；能處理數(shù)千方的段塞量。

就兩種類型捕集器工作性能而言，容器式段塞流捕集器分離氣液的效果較好，而多管式段塞流捕集器處理段塞量更大。

2.2 設備投資

在處理相同段塞量情況下（小段塞量），容器式段塞流捕集器投資較高，占地面積較小，多管式段塞流捕集器相對便宜，占地面積較大，綜合而言容器式投資較大。

2.3 運輸及安裝

在處理相同段塞量情況下（小段塞量），容器式段塞流捕集器運費較高，而當現(xiàn)場道路交通較差時，多管式段塞流捕集器可現(xiàn)場焊接施工的優(yōu)特點更為突出。

容器式段塞流捕集器可在工廠預制橇裝，現(xiàn)場安裝所需時間較短，而多管式段塞流捕集器現(xiàn)場焊接、安裝工作量較大，所以在處理相同段塞量情況下（小段塞量），容器式段塞流捕集器節(jié)省工程耗時。

2.4 技術(shù)風險

就兩種類型段塞流捕集器而言，技術(shù)均較為成熟，低風險，屬長周期采購設備。

綜上所述，兩種類型段塞流捕集器技術(shù)都較為成熟，在處理陸上氣液混輸管線產(chǎn)生的小段塞量情況下，優(yōu)先選用容器式段塞流捕集器，而對于接收海上氣液混輸管線或陸上管線較長、地形起伏變化復雜的情況，多管式段塞流捕集器處理段塞量大的優(yōu)特點更為明顯。

3 段塞流捕集器設計思路

對于段塞量捕集器的設計通常步驟：對實際工況進行分析，確定最大段塞量；確定段塞流捕集器位置；做出初步選型；初步確定設備尺寸及液位控制。

工程實例：現(xiàn)有一條從海上平臺來的DN 800，長約130 km混輸管線，陸上設有集氣裝置和凝析油穩(wěn)定裝置及相關(guān)配套設施，集氣裝置對來氣進行氣液分離，分離出的天然氣經(jīng)計量后外輸，凝析油經(jīng)穩(wěn)定、計量后外輸。海底管線設計壓力為14MPa，最大輸氣量為 2 800×104m3/d。

3.1 工況分析

根據(jù)已有資料，對不同工況進行建模分析，如不同季節(jié)造成的產(chǎn)量和油氣水含量變化，清管和停輸再啟動等工況對下游集氣、處理裝置的影響，而長距離混輸造成清管段塞量和停輸再啟動對下游設備造成危害最為嚴重。

3.2 段塞流捕集器位置

段塞流捕集器應置于集氣裝置清管旁通主管線入口，對來氣進行初步分離，要求去下游天然氣攜帶液量小，去凝析油穩(wěn)定裝置流量穩(wěn)定。

3.3 初步選型

由于清管作業(yè)產(chǎn)生的段塞量較大，站場靠近海岸遠離城市和居民區(qū)，征地較為容易，且對油氣分離效率要求不高，優(yōu)先選用多管式（指式）段塞流捕集器。

3.3.1 清管工況

上游最大輸氣量為2 800×104m3/d，海上平臺外輸壓力約為11MPa·a，到下游裝置壓力為7MPa·a左右，清管操作產(chǎn)生的段塞量為2 260m3。

3.3.2 停輸再啟動

事故工況造成停輸，海上平臺和陸上集氣裝置關(guān)閉海管進出口閥門，海底管道經(jīng)過一段后達到壓力平衡，海管上下游閥門關(guān)斷后壓力變化曲線見圖3～4，而經(jīng)過一段時間后，管道沿線壓力都將穩(wěn)定為9MPa·a。

圖3 海管入口壓力變化曲線

圖4 海管出口壓力變化曲線

段塞流捕集器應與海底管道組成一個系統(tǒng)，起到泄壓穩(wěn)定流量作用，直到壓力和流量滿足下游裝置的處理能力后停止泄壓放空，因此段塞流捕集器應符合［4］：段塞流捕集器與海底管道設計壓力一致；滿足海管泄壓要求，在段塞流捕集器氣相出口設置放空；滿足液相儲存和調(diào)節(jié)流量要求。

3.4 設備尺寸

根據(jù)操作工況初步確定段塞流捕集器尺寸見表1。

表1 段塞流捕集器尺寸

3.5 流量及液位控制

多相流管道將氣液輸送至處理廠集氣裝置后，氣液流態(tài)和流量都不穩(wěn)定，段塞流捕集器起到穩(wěn)定流態(tài)和流量作用。當完成清管作業(yè)后，捕集器內(nèi)充滿了液體，為了防止液滴二次夾帶，可在氣相出口設置捕霧器或在下游設置二次分離設施。

根據(jù)處理廠設施功能不同，段塞流捕集器可設置成氣液分離和油氣水分離（特別針對注入防凍劑混輸管線）。液相流量和液位控制需要根據(jù)處理廠裝置處理量和清管周期來考慮，如果清管周期較為頻繁（比如1次/周），段塞流捕集器液位要在下次段塞到來前處在正常液位（24 h內(nèi)恢復到正常操作液位）［5］。當段塞流捕集器液位處在正常液位時，可考慮根據(jù)流量大小控制閥門開度，而當段塞到來造成高液位時，需根據(jù)液位調(diào)節(jié)控制閥開度，確保設備安全運轉(zhuǎn)。對于加入防凍劑，需要經(jīng)行MEG回收，特別是冬季防凍劑注入量較大和油氣田后期水量較大工況，除了考慮液位和流量控制外，還要考慮油、水的界面控制。

4 結(jié)論

a）當段塞量過大，設備布置受限時，可以考慮2臺或多臺段塞量捕集器并列使用。

b）多管式（指式）段塞流捕集器盡量根據(jù)地形坡度安裝，減少鋼結(jié)構(gòu)使用。

c）分離段和收集段坡度不宜過大，坡度過大容易形成“液封”。

d）段塞流捕集器平衡管束不宜過多，設置過多平衡管束會增加液滴夾帶。

e）段塞流捕集器設計及制造應遵循ASMEB31.8的相關(guān)要求。

f）多管式（指式）段塞流捕集器應與管道系統(tǒng)為同一泄放系統(tǒng)。

g）需從設備性能、經(jīng)濟性以及項目進度等方面綜合考慮，設計滿足各種操作工況、自動控制以及安全運行要求。

［1］王春瑤，朱麗靜.天然氣凝析液混輸管道段塞流的控制措施［J］.天然氣工業(yè)，2008，28（11）：106-107.Wang Chunyao，Zhu Lijing.Measures of Controlling Plug Flow in the Pipeline Transporting Natural Gasand Condensate Fluids［J］.Natural Gas Industry，2008，28（11）：106-107.

［2］楊 勇，杜通林，李曉東，等.新型高效旋流段塞流捕集器優(yōu)化設計［J］.天然氣與石油，2011，14（5）：9-10.Yang Yong，Du Tonglin，LiXiaodong，etal.Optim ization Design of New High Efficiency Hydrocyclone Slug Flow Trap ［J］.Natural Gasand Oil，2011，14（5）：9-10.

［3］余 洋，黃 靜，陳 杰.天然氣站場放空系統(tǒng)有關(guān)標準的解讀及應用［J］.天然氣與石油，2011，14（5）：11-14.Yu Yang，Huang Jing，Chen Jie.Interpretation and Application of Standards Relative to Flare Systems in Natural Gas Stations［J］.NaturalGasand Oil，2011，14（5）：11-14.

［4］MoisesA V C，Nicolas F，Repsol YPF.Selection Slug Catcher Type［J］.SPE，April2007（107293）：1-5.

［5］DEP 31.40.10.12-Gen January 2010，Design of Multiple-Pipe Slug Catcher［S］.