黨 博

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

在海洋石油生產(chǎn)過程中，各系統(tǒng)中會使用大量的控制閥以保障平臺平穩(wěn)運(yùn)行，尤其在高壓氣田生產(chǎn)過程中，控制閥不僅用來進(jìn)行壓力、流量等參數(shù)的調(diào)節(jié)，還會作為各系統(tǒng)界面間的壓降調(diào)節(jié)元件[1]。如南海某氣田平臺氣體脫水系統(tǒng)TEG（三甘醇）接觸塔入口目前有2 套入口過濾分離器，操作壓力為9 MPa 左右，入口過濾分離器分為上下2 個腔室，各設(shè)置1 臺液位調(diào)節(jié)閥，過濾分離器液相管線的控制閥下游接至高壓火炬系統(tǒng)進(jìn)行液烴回收，高壓火炬操作壓力為0～600 kPaG，液體介質(zhì)經(jīng)過液位調(diào)節(jié)閥時壓降約為8 400 kPaG，此系統(tǒng)依靠這四個控制閥進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)節(jié)。因此，控制閥的質(zhì)量與整個平臺的平穩(wěn)運(yùn)行息息相關(guān)。

1 平臺生產(chǎn)過程中存在問題

南海某氣田平臺三甘醇接觸塔入口過濾分離器的液位調(diào)節(jié)閥前后壓差大（系統(tǒng)壓力9 MPa，過濾分離器液相管線的控制閥下游接至高壓火炬系統(tǒng)進(jìn)行液烴回收，高壓火炬操作壓力為0～600 kPaG，液體介質(zhì)經(jīng)過液位調(diào)節(jié)閥時壓降約為8 400 kPaG），在高壓差下，液體都會出現(xiàn)部分氣化的現(xiàn)象，此時單相流將轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘞嗔鳎瑫r調(diào)節(jié)閥閥芯因連續(xù)的流體高速沖蝕而發(fā)生內(nèi)漏[2]。系統(tǒng)流程圖見圖1：

當(dāng)調(diào)節(jié)閥內(nèi)漏到一定程度時，則發(fā)生氣竄，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥不能有效控制入口過濾分離器兩個腔室的液位，易觸發(fā)液位低信號，進(jìn)而產(chǎn)生單元關(guān)斷，如果處理不及時，將升至更高級別關(guān)斷，影響平臺正常生產(chǎn)[3]。為保證生產(chǎn)平穩(wěn)，將入口過濾分離器的液位信號進(jìn)行長期隔離，避免不必要的單元生產(chǎn)關(guān)停。為解決液位信號長期旁通問題，需對該液相流程進(jìn)行改造優(yōu)化并進(jìn)行評估。

圖1 天然氣脫水系統(tǒng)流程圖

2 控制閥頻繁內(nèi)漏問題的分析

結(jié)合前期對白云作業(yè)區(qū)3 個氣田平臺的調(diào)研情況，目前在天然氣脫水工藝系統(tǒng)中，氣量雖然很大，但液量普遍不大，閥門內(nèi)漏的原因不僅僅受制于高壓差因素，開度不合理也是重要影響因素之一。所以即便在控制閥下游增加背壓元件（孔板、截止閥、角閥等），選擇目前廠家最小尺寸的閥門，正常生產(chǎn)工況下控制閥開度下仍處于小開度區(qū)域，現(xiàn)場控制閥開度記錄情況見圖2。同時控制閥實(shí)時收到連續(xù)液位控制信號的反饋而進(jìn)行響應(yīng)動作，在不合理開度下頻繁動作，控制閥閥芯很快將出現(xiàn)內(nèi)漏情況，現(xiàn)場閥芯沖蝕情況見圖3。

圖2 控制閥現(xiàn)場開度曲線

圖3 控制閥閥芯沖蝕情況

3 控制閥頻繁內(nèi)漏問題的解決思路

在現(xiàn)場調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)，控制閥頻繁內(nèi)漏問題是高壓氣田普遍存在的問題，在與生產(chǎn)人員深入探討生產(chǎn)實(shí)際情況后認(rèn)為：在控制閥下游增加背壓元件、優(yōu)化控制閥閥芯材質(zhì)、增加更適合現(xiàn)階段流量曲線的控制閥做分程控制等措施對增加控制閥使用壽命效果不大，且以上措施的分析結(jié)果基本都已經(jīng)通過現(xiàn)場生產(chǎn)和調(diào)研廠家得到了驗(yàn)證。綜上所述，考慮目前材料選擇與經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的匹配性，考慮將連續(xù)的線性液位調(diào)節(jié)調(diào)整為兩點(diǎn)式開關(guān)液位調(diào)節(jié)并增加液烴緩沖罐，即將過濾分離器兩個腔室的控制閥取消，在新增緩沖罐液相出口僅增加一個開關(guān)式控制閥，可減少了閥門控制閥及工藝閥門數(shù)量，同時大大降低了閥門控制閥開啟頻率，最終可實(shí)現(xiàn)延長控制閥使用壽命的效果[4]。

下面從3 個角度出發(fā)，來分析“開關(guān)液位調(diào)節(jié)并增加液烴緩沖罐”是如何最終解決控制閥內(nèi)漏問題。

3.1 減少控制閥數(shù)量，優(yōu)化液位控制邏輯

將一個系統(tǒng)的幾個獨(dú)立設(shè)備的關(guān)斷邏輯糅合在一起統(tǒng)籌考慮，減少設(shè)備液位控制閥數(shù)量，同時可避免優(yōu)化控制閥的設(shè)備關(guān)停頻率增加，優(yōu)化液位控制邏輯后控制閥設(shè)置情況對比見圖4，系統(tǒng)升級前后控制閥數(shù)量及系統(tǒng)關(guān)斷邏輯對比分析情況見表1。

圖4 升級前后控制閥設(shè)置情況

表1 升級前后控制閥數(shù)量及系統(tǒng)關(guān)斷邏輯對比

3.2 調(diào)整為兩點(diǎn)式液位控制閥后閥門開啟頻率的下降

首次結(jié)合在大氣量、小液量的高壓氣田的流量特點(diǎn)，將連續(xù)的線性液位調(diào)節(jié)優(yōu)化為兩點(diǎn)式液位調(diào)節(jié)，優(yōu)化閥門開啟頻率，系統(tǒng)升級前后控制閥開啟頻率對比分析情況見表2。

表2 優(yōu)化閥門控制形式后閥門開啟頻率對比

3.3 增加液烴緩沖罐后閥門開啟頻率的下降和開度的合理化

摒棄控制閥的使用壽命由廠家決定的理念，從生產(chǎn)流程上入手，在TEG（三甘醇）接觸塔入口過濾分離器下游增加體積不大的液烴緩沖罐，更大程度降低閥門開啟頻率，增加配管適應(yīng)性，增強(qiáng)設(shè)計(jì)的主導(dǎo)性。同時此方案下，閥門的開度不再受連續(xù)的液烴流量影響，只需考慮在適當(dāng)?shù)臅r間將液烴緩沖罐的液位泄放到設(shè)定值即可，通過計(jì)算，增加液烴緩沖罐后選擇1 個2 in 的開關(guān)式液位控制閥是合理的，增加緩沖罐后控制閥開啟頻率對比分析情況見表3。

表3 增加緩沖罐后控制閥開啟頻率對比

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

節(jié)省采辦4 個900 磅1-1/2 in 雙相鋼材質(zhì)控制閥及配套雙相鋼高壓工藝閥門，節(jié)省閥門投資68 萬元人民幣。且并聯(lián)設(shè)備越多節(jié)省控制閥越多。

對比TEG（三甘醇）接觸塔入口過濾分離系統(tǒng)原液位控制方式，將連續(xù)液位調(diào)節(jié)優(yōu)化為間歇調(diào)節(jié)，延長控制閥使用壽命（根據(jù)平臺反饋連續(xù)控制的高壓差控制閥平均6～12 月更換一次，單套閥芯10 萬元）。根據(jù)此系統(tǒng)控制閥數(shù)量，可節(jié)約維保費(fèi)40 萬元/年；降低閥門內(nèi)漏頻率，如將閥門內(nèi)漏導(dǎo)致氣竄至高壓火炬系統(tǒng)的氣體損耗折合[5]，可減少能源損失約430 萬元/年。

5 結(jié)論及建議

高壓氣田，壓力高、氣量大但液量相對較小，通過采用增加液烴緩沖罐+開關(guān)式控制閥的設(shè)計(jì)思路，可顯著降低閥門沖蝕時間，解決了南海海域的高壓氣田控制閥頻繁內(nèi)漏、維保費(fèi)用大、環(huán)境污染的問題。同時使控制閥在氣田全生命周期內(nèi)的適應(yīng)性更廣，可普遍應(yīng)用在操作壓力高、氣量大、液量小的高壓氣田中，具有可推廣性。