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1、混输系统段塞流捕集器的动态模拟及选型第31卷第3期(2012.03)(试验研究)混输系统段塞流捕集器的动态模拟及选型张国栋张国强惠晓荥中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司摘要:采用OLGA多相流瞬态模拟软件对混输管线进行段塞跟踪模拟,从而获取管线运行工况及最大段塞液量和持续时间.根据分离器的选型系列,需选三列DN3600mmX18000mm的段塞捕集器才能满足要求.应用简化模型,模拟18-3000管线正常运行及清管过程中后部段塞流捕集器的运行情况,由模拟结果可知,管线设定的正常液位为1m,当清管段塞到来时,捕集器内液位最大值为2.2m,能接受全部来液量且控制在高低液位之间,段塞过后液位能
2、及时恢复平衡状态.关键词:段塞流捕集器;管式i容积式;多相流i模拟;OLGAdoi:10.3969/.issn.1006-6896.2012.3.0161分类及应用段塞流捕集器是长距离混输管道终端常用的一种气液初级分离设备,根据不同的工况需要可分为容器式和管式两类.段塞流捕集器可有效地分离并捕集液体,确保下游设备正常工作;当最大液塞到达时,又可作为带压液体的临时储存器,能连续地向下游供气n.1.1管式段塞流捕集器管式段塞流捕集器在处理气体凝析液流的过程中应用最广,它可吸收部分液体波动量,具有操作简单,处理量大等特点;其缺点是占地面积大,且对来液分配均匀要求较高,若不均匀容易造成单根平行管负荷过
3、大导致的气液中夹带液体的现象.管式捕集器分为气液分离段和液体储存段两部分,在结构和工艺计算方法上与常用分离器有很大的区别.它由几根下倾的平行管段构成,材质为标准直径的管子.其配管设计时要尽量使各平行管内的负荷分配均匀,否则会使气液分离效果下降.1.2容积式段塞流捕集器常使用容积式段塞流捕集器输送起泡原油,因其有较大容积空间和停留时间,使气液分离和泡沫破碎,便于保温且能保持流体的流动性.该捕集器一般用于海洋平台上,其结构与陆上油气分离器大致同,有较大的缓冲容积,缓冲容积对应的高低液面约为0.250.7D,能够满足气液瞬时流量的较大变化.容积式段塞流捕集器占地面积小,能适应海上平台的空间限制并满足
4、海外项目橇装化供货的生产要求.容积式段塞流捕集器与传统的油气分离器大致相同,设有高高液位,高液位,低液位,低低液位,以警示操作人员.段塞流捕集器的设计应尽可能简单,并应尽可能地考虑自身负荷和高速段塞流对容器内部的冲击,通常段塞流捕集器只能起到缓冲来液的作用,一般可视为一个储存容器,主要功能不在于气液分离.20LCA动态模拟及设备选型两相混输管线流动特性较为复杂,加之地形的多变性,很难手动计算出管线段塞流情况,因此采用OLGA多相流瞬态模拟软件对混输管线进行段塞跟踪模拟,从而获取管线运行T况及最大段塞液量和持续时间,依据这些数据可以进一步完成设备的选型.某油田地面工程站外集输系统采用油气混输方案
5、,管线从单井由不同的计量站混输进人油气处理站,设计处理能力为每天16万桶,进站压力0.55MPa,井口回压小于2.0MPa.将原油PVT数据通过PVTsim软件生成tab表后,导入OLGA进行动态模拟,模拟T况包括正常操作T况和清管丁况,详细模拟结果见表1.从OLGA结果分析,正常运行_丁况产生段塞液量较小,因此只考虑清管工况对系统造成的影响,并选取清管液量最大的计量站至油气处理站的管线为计算对象,进一步展开段塞流捕集器的选型计算.限于篇幅,本文只对容积式段塞流捕集器进行计算.根据在t时间内进入捕集器的液体量与捕集器控制液面至出油口这段高度范围内液体量相等的原一34油._【田地面工程(http
6、:/www.yqtdmgc.corn)第31卷第3期(2012.03)(试验研究)则,可设计出捕集器直径尺寸及捕集器长度.2.1初选尺寸清管工况为恶劣工况,清管段塞最长持续时间为41rain,最大清管段塞的体积为597m.段塞流捕集器缓冲容积通常选取对应的高低液面0.250.7D,牟面丁彳导冲容积=0.89容器容积,故需要的段塞捕集器容积为509m.根据分离器的选型系列,需选三列DN3600mmx18000mm的段塞捕集器才能满足要求.2.2OLGA软件缓冲容积计算OLGA计算末端液塞缓冲容积的原理为Vsurgej+JMax(0,Vsurgej+ACCLIQj+1一ACCLIQjQdrax(t
7、j+l)其中l=0,ACCLIQ(Accumulatedliquidvolumeflow)是瞬态模拟过程中管线末端累计排出的液量,Q是瞬态模拟过程中每个独立的节点处液体流速的平均值.Q可取模拟过程中平均排液速度或者段塞流捕集器的最大处理能力,这种方法所得结果对排液速度的变化较为敏感,故需慎重取值.对于单根管线,OLGA模拟结果为465.3m.段塞流捕集器缓冲容积通常选取对应的高低液面约为0.250.7D,故需要的段塞捕集器容积为523m.根据分离器的选型系列,故可选三列DN3600mmx18000mm的段塞捕集器即能满足要求.OLGA模拟的缓冲容积的结果与手动初选的段塞捕集器尺寸结果一致.此方
8、案占地面积小,且能满足海外项目撬装化生产的要求.通过在捕集器前加入一些小型预分离装置(如旋流分离器),可以有效提高气液分离能力,减小段塞过程中气液不平衡对下游的冲击.经过优选,推荐使用此方案.2.3模拟验证作为混输管路的终端设备,捕集器的尺寸大小与管路几何参数,运行条件以及捕集器的控制方案等因素有关,在设计上与一般的分离器存在较大的差别.可将管路和捕集器看作为一个整体,尝试用OLGA对高效段塞捕集器系统进行瞬态模拟.图1为段塞流捕集器OLGA简化模型.r.xL.”0O卜a啪l蠢I-t一-1H6Ic啊-.aVI图1段塞流捕集器OLGA简化模型应用简化模型,模拟183000管线正常运行及清管过程中
9、后部段塞流捕集器的运行情况.来液经过PHASESPLIT进行气液相预分离,液相进入经计算尺寸的段塞流捕集器中,监视捕集器内的液位.由模拟结果可知,管线设定的正常液位为lm,当清管段塞到来时,捕集器内液位最大值为2.2m,能接受全部来液量且控制在高低液位之间,段塞过后液位能及时恢复平衡状态;段塞捕集器出口管线末端出液平稳,不影响下游设备的正常生产.故此方案可行.3结语OLGA多相流瞬态模拟软件是一种先进的多相流计算工具,可有效提高计算效率和准确性,通过动态模拟可以更好地掌握管道运行数据,同时为下游设备的设计提供基础数据.根据段塞流捕集器的结构特点,结合多相流的基本理论,并利用国际权威的OLGA多相流瞬态模拟软件对实际工况进行了模拟,通过动态模拟确定段塞流在各种工况下的数量及容积,进行了初步选型计算及比选,为项目的进一步优化提供了有力的支持.目前该项目将进人建设阶段,下一步将根据具体的数据进一步优化段塞流捕集器.参考文献1李晓平,宫敬,沈建宏.立管严重段塞流控制方法实验研究J】_中国海上油气,2005,17(6):416420.2】张新军,油气混输段塞流捕集器的现场应用J-油气田地面工程,2006,25(4):1011.(栏目主持杨军)油气田地面z程(http:,w.yqtdmgc.c.m)一35
