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1、GLCC高效节能分离器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-砰台的使用经验，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，GLCC1，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11月，中海油-KMG在CFD11-6目一级分离器使用了 GLCC技术，取代了传
2、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。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 0515-199
3、7。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，新型分离器GLCC的原理GLCC概念由CHERVON提出，经MSI（TULSA大学多相流分离
4、技术试验室）开发，已形成一个适用于油气工业的设备，GLCC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。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，最终图表3 GLCC分离器原理图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
5、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:DN1400mmX10m（T-T）o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：DN650mmX5m（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
6、系统，液相通过海底管道输送到下游平台进行处理。志业矩, Am 名相流量才 ii.n分棚a*斐相流呈计女球都垃土都E 1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01MPa，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，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
7、力2.9Mpa操作温度81 C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 API3.5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。3.5 61。0外形图田一力疙衽幕府间：| 口图表6 CFD-11 GLCC外形图3.5设计特点1）GLC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
8、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）的供风电磁阀；6）当压力高高？顺 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
9、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）内部高高一低低，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区发来传真，询问气相处理量增加至 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GLCCX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
10、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DN1400X1122021t10800kwh+加热能耗？GLCCDN650X77006.5t4000kwh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第8页共9页一种新型的高效节能分离器GLCC在中海油的应用研究 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
11、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&PTechnology Division; G.E. Kouba, SPE, Chevron Petroleum Technology Co.2) API12J SPECIFICATION FOR OIL AND GAS SEPARATOR3) 油气分离器设计规范SY/T 0515-1997胡胜亮：
