郭 刚，王昌尧，王 璐

西安长庆科技工程有限责任公司，陕西西安 710018

0 引言

油气分离是油气集输工艺的重要环节之一，气液分离器和伴生气分液器是油田产能建设中最常用设备，占站场投资的比重较大。2009年以前，长庆油田主要采用气液分离器+伴生气分液器的老式工艺流程。2009年在推进项目标准化进程中，通过橇装一体化研究，将气液分离器、伴生气分液器进行组合，并根据提高分离效率的需求增加了空冷器，形成了集气液分离器+空冷器+伴生气分液器为一体的气液分离集成装置，见图1、图2。该装置具有占地面积小，施工费用低，可燃气体挥发量少，可脱除气体中的凝液，并可减少下游管路凝液产生等多重优点。

1 现场运行情况

图1 气液分离集成装置工艺演变示意

图2 气液分离集成装置的内部结构

气液分离集成装置广泛应用于长庆油田中小型站场，但生产运行过程中发现气液分离效果差，导致气体管路积液、冻堵，加热炉火嘴液堵。通过对庄12增等3座集输站场气液分离集成装置的现场调研与运行监控，发现2010年10月至2012年1月共发生集成装置气体管路堵塞7次、加热炉调压阀堵塞14次、加热炉火焰熄灭3次（见表1），导致现场操作员工频繁排堵，重燃加热炉，站场外输流程停止，给生产运行造成极大的困难。

表1 现场故障统计

1.1 气液分离集成装置现场运行参数及携液率统计

根据现场实际运行情况，分别从镇六转、庄12增、庄13增集输站场采集现场运行数据进行分析，见表2。从它们的气液分离集成装置运行参数可知，气液分离集成装置的携液率均在10%以上，无法满足加热炉供气要求。

表2 气液分离集成装置携液率调查

1.2 老式工艺流程增压点携液率现场运行参数调查

为验证是否为老式工艺流程（即气液分离器+伴生气分液器）自身不合理导致气液分离集成装置处理效果不达标，本文选择采用老式工艺流程的6座增压点进行调查，结果如表3所示。

表3 6座增压点的老式工艺流程携液率与故障次数分析统计/次

从现场运行参数可知：

（1）老式工艺流程增压点故障率远低于气液分离集成装置增压点故障率。

（2）当携液率低于2%时，故障次数仅为1次，完全满足现场实际生产需求。

1.3 气液分离器、空冷器、伴生气分液器独立运行的现场参数统计

经现场调查，老式工艺流程满足生产需求，而气液分离集成装置携液率高导致故障频繁，为确认气液分离集成装置是否为受空冷器影响导致携液率高，选择了气液分离器、空冷器、伴生气分液器3个设备独立运行的站场进行调查，统计结果见表4。

表4 气液分离器、空冷器、伴生气分液器独立运行效果调查

气液分离器、空冷器、伴生气分液器独立运行的3座站场携液率均低于2%，故障次数为零。表明老式工艺流程气液分离器+伴生气分液器在增加空冷器空冷工艺环节后，进一步提高了分离效果，降低了故障率。因此，从现场调查的结果分析，新建站场中导致伴生气携液率高的主要原因在于气液分离集成装置自身的分离效果较差，与选择的气液分离工艺和单台设备的分离效果无关。

2 分析与改进

针对气液分离集成装置伴生气携液率较高这一问题，采用了关联图进行原因分析，找出了影响装置运行效果的末端因素，见图3。

图3 原因分析关联图

分析认为，气液分离器、空冷器、伴生气分液器独立运行和气液分离集成装置所应用的站场在外部环境因素与操作管理水平上基本相同，可排除这两方面因素。而装置采用橇装一体化方式集成，其组合构建的结构即气液分离器、伴生气分液器、空冷器均未发生变化，因此，可排除装置单体设计中的气液分离空间不足、弦丝捕雾器效果差两个因素。本文对工艺配管中存在局部短路和积液点2个主要影响因素进行了分析和改进。

2.1 工艺配管局部短路分析与改进

2.1.1 工艺分析

气液分离集成装置内工艺流程见图4。

图4 气液分离集成装置内工艺流程

假设气液分离器运行压力为P1，空冷器摩阻为ΔP2，气体管路摩阻为ΔP3，伴生气分液器运行压力P4，则装置正常运行时：

若装置内部结构短路，即当P1=P4时，则气相不经过空冷器和气体管路直接进入伴生气分液器，从而影响分离效果，见图5。

图5 气液分离集成装置的压力平衡示意

分析气液分离集成装置内部结构，可以发现凝液回流口裸露于气液分离器上部空间，且气液平衡管联通气液分离器和伴生气分液器，这直接导致气液分离器和伴生气分液器短路，使P1=P4，伴生气无法经过弦丝捕雾器、空冷器和气体管路，进而导致气液分离集成装置携液率高。

2.1.2 改进方法

通过对气液分离集成装置内部结构的分析，得知是气液平衡管导致气液分离器压力P1与伴生气分液器压力P4相同，使装置工艺流程短路，分液包凝液回流管未能有效阻止气相通过此管串至分液包。因此，需取消气液平衡管，将回流管加长至分离器罐体气液分界面之下。但由于加长回流管长度至液面下后会出现在特殊情况下液体经过回流管进入分液包，直至气相总出口，而此情况的发生伴随着分离器罐体内部压力的不断增大过程，因此在分液包内设置液位检测器很有必要。

（1）延长排液管，分液包增设液位检测器。根据气液分离集成装置的运行控制界面，分离缓冲部分的最低液位为低液位报警界面，当液位低于低液位报警界面时，装置将暂时关闭，确保液位升高至合理液位。优化设计将凝液回流口排液管底端延长至低液位报警界面下，较原排液管伸长1.1m，防止装置内部短路。分液包中部设置音叉液位检测器，分离器罐体设置安全阀。原设计和重新设计的排液管如图2、图6所示。

图6 气液分离集成装置的内部改造结构

（2）取消气液平衡管。原集成装置设计气液平衡管，该管直接导致气液分离器与伴生气分液器进液口联通，进而使装置内部短路，取消该平衡管后，可解决以上问题。

2.2 工艺配管存在积液点分析与改进

2.2.1 工艺分析

气体管路是气体流通的重要通道，若存在积液空间，将导致空冷器和伴生气分液器分离出的凝液聚集，这有可能堵塞气体通道，冬季环境气温低时甚至会冻堵管道，完全阻塞气体的流通。经分析，原气液分离集成装置气体管路存在Z字型弯，导致了伴生气凝液的聚集，进而堵塞了气体通道，见图2气体管路的工艺配管。

2.2.2 改进方法

原工艺配管的空冷器出口管路低于分液包进口位置，为利于空冷器凝液及时流向分液包，选择提高空冷器安装高度，使出口管段至分液包形成一定的坡度，经计算将空冷器在原位置的基础上提高，可使出口管段形成0.5%的向下坡度并消除Z字型弯，更加利于凝液回流，防止凝液聚集，进而避免气体管路堵塞和冬季冻堵。

3 现场效果验证

为验证改进后气液分离集成装置是否实现了提高分离效率的目的，对2012年建设的气液分离集成装置进行了跟踪调查。

超低渗第一项目部庄12增、庄13增及超低渗第四项目部镇六转应用了改进后的气液分离集成装置3套，分别于2012年8月至11月建成投产，投产后驻现场设计人员查看了分离器出口至加热炉火口处点燃前放空试验，火口处未见明显液体，经过点火燃烧火焰情况良好，未出现经常自熄的现象。对气体外输处经过检测，气体含液量较低，达到了预定目的，见表5。

表5 气液分离集成装置改进前后效果检查

4 效益分析

气液分离集成装置经过优化后分液效率提升明显，加热炉未出现火焰自动熄灭现象，有效地保证了正常的生产运行，减少了停产损失。初步预计为庄12增、庄13增、镇六转节约费用10～50万元。