GLCC高效节能分离器

1、一种新型的高效节能分离器GLCC©在中海油的应用研究一种新型的高效节能分离器GLCC©在中海油的应用研究【摘要】本文从经济性和节能性的角度，结合在CFD11-6平台的使用经验，分析GLCC©分离器的在海上油气田推广的意义。【关键词】：高效，节能，分离器，GLCC©1，引文2004年中海油引进的第一台基于GLCC©（Gas-Liquid Cylindrical Cyclone气液柱状旋流分离器）分离技术的多相流计量系统安装在JZ202NW气田，以取代传统的测试分离器，通过三年多的不间断应用证明，该设备大大提高了气田计量的准确度和适时性。2006年

2、11月，中海油-KMG在CFD11-6项目一级分离器使用了GLCC©技术，取代了传统的生产分离器，经过近2年的运转评估，该设备在节约能耗、减少平台空间、拓宽操作范围、降低平台总体投资上相比传统的油气分离器具有较大的提高。2，传统分离器和GLCC©分离器的技术简介2.1，传统油气分离器的原理目前中海油的大多数在用的油气分离器的原理是：通过重力沉降法进行气液分离，根据处理量和沉降时间（斯托克斯方程）来求算分离器容积。通过隔油法（密度差方式）进行油水分离以实现三相分离。国外的规范多源自美国API12J SPECIFICATION FOR OIL AND GAS SEPARATOR

3、。中国行业标准为:中华人民共和国石油天然气行业标准油气分离器设计规范SY/T 0515-1997。图表 1 卧式油气分离器的原理图（API12J）图表 2 立式分离器原理图（API12J）2.2，两相分离器现状及存在的问题油气分离器为平台上占地面积较大的设备，由于容积较大，其产生的能耗和压损都比较大。据统计一台卧式油气分离器电伴热能耗一年就接近10800kwh(按每年四个月计算)。而油气分离器内部流速忽略不计，因此流体的速度能头在油气分离器内降为0。传统油气分离器还存在操作范围窄、抗断塞流能力差等缺点。一些两相分离器的控制系统设计不优化，控制液位困难，经常会造成气路串油，油路串气现象。2.3，

4、新型分离器GLCC©的原理GLCC©Ó概念由CHERVON提出，经MSI（TULSA大学多相流分离技术试验室）开发，已形成一个适用于油气工业的设备，GLCC©Ó专利及全部知识产权属于美国MSI。截止到2005年底，全世界已有超过1500台GLCC©投入使用。图表 3 GLCC©分离器原理图分离器工作原理如图2所示，分离器由倾角向下的管道沿特定角度的切线方向与铅垂管道相连，多相流经入口段预分离后进入主分离器。由于旋流作用，在主分离器中，离心力、重力和浮力形成一个倒圆锥型的涡流面。密度大的液相沿铅垂管道的管壁流到分离器底部，密度

5、小的气相沿涡旋的中央上升至涡面并流至分离器顶部，最终气相和液相分别从分离器的顶部和底部排出。并通过控制阀调整液位和压力，实现两相充分分离。3，CF11-6油气分离器项目简介3.1项目背景平台的油气分离器最初设计选用立式油气分离器，按照API12J进行设计，容器的设计尺寸为：DN1400mm×10m(T-T)。由于平台空间有限，因此在基本设计阶段KMG专家建议采用GLCC©分离器以减少分离器占地面积。改为GLCC©分离器后分离器的设计尺寸为：DN650mm×5m(T-T)。并在GLCC©上增加断塞流处理装置，以处理在汇管后形成的断塞流。3.2平台

6、总体工艺简介自井口（CFD11-6自身平台的生产井和CFD区块其它井口平台的生产井）的来流进入生产汇管和测试汇管，生产汇管和测试汇管汇合的油水气三相流进入平台生产分离器GLCC©，GLCC©分离后的气相进火炬系统，液相通过海底管道输送到下游平台进行处理。图表 4 CFD11-6平台工艺流程图3.3项目难点1) 来流压力2.9MPa,气液出口压力均为0.1MPa，压力变化梯度大；2) 部分井口平台和中心平台由于海管的高度落差会产生一定的断塞流（图4），因此，GLCC©设计前必须进行断塞流的数值模拟，并提供解决方案。3) 分离器容积小，压力梯度大，如何保证压力平稳控制

7、，不影响火炬系统的正常运行，同时液位控制平稳，不会在严重断塞流发生时GLCC©发生气路串液。图表 5 部分井口平台与海管的落差会产生断塞流3.4 生产分离器的基础设计数据正常操作压力2.9Mpa操作温度81最大操作压力4.65 MPa介质油、气、水 产油量46750.00STBbl/D产气量9000.00MSCF/D产水量8250.00STBbl/DDensity39 API 3.5 设计过程1) 根据生产数据对流型模拟；2) 将生产数据输入MSI开发的GLCC模拟器；3) 根据流型模拟结果选择适当的计算模型；4) 产生工艺计算书和性能曲线；5) 控制系统仿真；6) 对计算结果收敛。

8、3.5 GLCC©外形图图表 6 CFD-11 GLCC©外形图3.5 设计特点1) GLCC©入口进行了优化，根据断塞流模拟的结果将入口和控制进行了优化，增加了断塞流整流器。2) 控制系统增加了断塞流智能判断模块，通过液位变化率和液位控制阀LCV阀位的计算，判断断塞流强度并反馈PLC，对阀门进行突发性控制；3) 通过MATLAB仿真，对系统的响应时间PID设置进行了优化， PID采用了自适应调节方式；4) 在正常情况下，GCV用来控制压力，LCV用来控制液位，回路控制按照MSI专利的“优化控制法”进行控制。5) 当液位高高LAHH时, 通过连锁关断GCV（气开）

9、的供风电磁阀；6) 当压力高高PAHH时, 通过连锁打开 LCV-001阀（气关）；.图表 7 控制系统的仿真4，应用效果CFD11-6平台GLCC©于2006年11月投产，至今已经正常运行了将近一年多时间，对系统的应用情况进行了多次跟踪调查。压力总体波动：±1%(设定点)液位总体波动：±10%(设定点)内部高高低低，连锁动作：2安全阀起跳：0问题：气相出口有时会少量带雾沫，不影响生产。值得一提的是，产量增加近1倍GLCC©仍然正常工作。原GLCC©设计最大流量为9000.00MSCF/D,在2007年9月18日，CFD作业区发来传真，询问气相

10、处理量增加至14500MSCF/D是否可以正常应用而且未来可能还会增大，经过对系统进行重新核算，我们回复可以正常应用。现在该GLCC工作至2倍的设计工况下，仍然平稳运行。下图2007年11月30日至2007年12月1日24小时分离器的运行监测曲线，可以看到，由于来流波动比较大，液控阀的动作较为频繁。但是两个被控变量：压力和液位波动不大。图表 8 CFD11-6平台GLCC©运行曲线（24小时）5，综合效益与最初设计的重力分离器设计的几点经济性比较：容器尺寸重量伴热能耗（年）重力分离器DN1400×1122021t10800kwh+加热能耗？GLCC©DN650&#

11、215;77006.5t4000kwh图表8 CFD11-6 相同处理量GLCC与立式分离器对比6，结论GLCC©作为一种小型、高效、节能的分离器，是非常适用于海洋生产平台的一种新技术，尤其在空间要求尽量紧凑，尽量节约能耗的设计中，这种新技术的应用将大大提高平台空间的利用率。根据CFD11-6平台GLCC©长周期运行监测，GLCC©操作范围和运行平稳度上已经超出了预期的目标。由于尺寸和重量大大减少，如果在设计早期即选用这种类型的分离器，那么整个平台的重量和造价都会有较大的降低。参考文献：1) SPE 63120 Optimal Control Strategy and Experimental Investigation of Gas-Liquid Compact Separators S. Wang, SPE, R. Mohan, SPE, and O. Shoham, SPE, The University of Tulsa; J.D. Marrelli, SPE, Texaco E&PTec