CN103244824A

CN103244824A - 一种增压加热油气混输系统及方法

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Publication number: CN103244824A
Application number: CN2013101901227A
Authority: CN
Inventors: 宋承毅; 李晓红; 杨峰; 王延辉; 闫善超; 于青春
Original assignee: Daqing Oilfield Co Ltd; China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Current assignee: Daqing Oilfield Co Ltd; China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2033-05-21
Also published as: CN103223277B; CN103242924A; CN103239894B; CN103223277A; CN103239894A; CN103242924B; CN103244824B; CN203303695U

Abstract

本发明一种增压加热油气混输系统及方法，该系统包括顺序管路连通的进站阀组、燃料气分离器、油气混输泵、管式加热炉以及长距离油气混输管道，还增设了多相激振除砂器、多相混输泵组入口匀流装置和气液分离分流器。来自油田井区气液混合物进入管式燃料气分离器后，分出部分天然气做加热炉燃料，剩余气液混合物进入多相激振除砂器，经除砂后，进入多相混输泵组入口匀流装置进行匀流分配，再经过油气混输泵输至气液分离分流器，分离出的液体进入管式加热炉加热升温后，再与分离出的气体混合，进入长距离油气混输管道中。本发明可保障增压加热油气混输系统的安全、平稳、高效运行，延长设备使用寿命，降低工程投资、能耗和操作维护与运行成本。

Description

一种增压加热油气混输系统及方法

技术领域

本发明属于石油开采地面工程技术领域，具体涉及油田增压加热油气混输系统及方法。

背景技术

目前，在油田地面工程油气集输系统中，越来越多地采用增压加热油气混输工艺，其系统与流程如图1所示，井区油气混合物经容器式燃料气分离器分离后，气液通过进泵汇管，进入混输泵，混输泵输出油气混合物通过进炉汇管进入管式加热炉进行加热，再进入长距离油气混输管道中；而从燃料气分离器中分离出来的一部分天然气被引入加热炉中作为燃料气使用。

生产实践证明，该工艺系统中的主要设备—油气混输泵和管式加热炉的运行效率低、故障率高，维持系统长期正常运行的操作维护难度大、成本高。其根本原因是缺少适用的配套设备、未建立起配置科学合理的系统，主要存在以下四个方面的问题：

一、采用容器式燃料气分离器从油气混合物中分出天然气，用作加热炉燃料气，造成燃料气的分离设备（燃料气分离器）体积大、造价高，不得不设在室外，冬季需要伴热防冻，操作管理麻烦。

二、采用由进泵汇管从混输泵入口的下方或上方使气液混合物顺序进入并联混输泵组的工艺，无法保证并联泵组中每台泵的入口含气率一致，从而产生偏流现象，使入口含气率较高的泵缺少液体润滑、冷却，出现热胀磨损，故障率增大。

如，双螺杆混输泵允许的最高入口含气率为95%，当2台并联运行时，只有当每一台泵的入口液流量和气流量完全相等时，才能使2台泵的入口含气率恰好都达到95%，如果出现偏流现象，就必然有1台泵的入口含气率大于95%，导致其螺杆等运动部件过热磨损、故障率提高、寿命降低，影响正常生产，增加设备的维护费用。

三、混输泵的泵配过滤器除砂效果差，导致双螺杆混输泵磨损速度加快，更新维护费用高；过滤器采取人工拆卸更新维护方式，不符合SHE要求。

目前的泵配过滤器组装在混输泵的入口端，主要为网框式，分立式和卧式两种形式。工作原理为：流体进入网框内侧，将砂子等固体颗粒拦截在框内，气液介质穿过未被固体颗粒阻塞的滤网进入泵入口。这种过滤器的主要问题有两个：

（1）随着网框内固体颗粒的累积，被固体颗粒封堵的滤网面积将逐渐增大，可流通气液介质的滤网面积逐渐减少，引起过滤压差上升，易造成滤网压塌损坏；需要定期停泵，清理积砂或更换滤网，即增加维护费用又带来操作麻烦。

（2）清理或更换滤网时，需要就地打开过滤器的盲法兰盖，人工抽出滤网框，倒出其内的固体存积物。在寒冷地区，因混输泵及其过滤器均设在室内，在过滤器滤网清理或更换的操作过程中，原油流淌到地面、天然气散发到泵房空间，而且清理出的固体颗粒中粘附的油污无法清洗，造成难以避免的安全和环保问题。

四、采取经进炉汇管使气液混合物直接进入管式加热炉的工艺，导致加热炉盘管中产生由气液冲击流动引起的振动和冲刷腐蚀，影响加热炉的安全运行、降低其使用寿命，增加炉管的压能损耗。

油田常用水套加热炉（管式炉）炉膛内的加热盘管由只有一个进、出口的多回程盘管构成，由于炉体内多回程管道中若干180°弯头的存在,使气液两相在加热盘管中形成紊动严重的气液涡流和冲击流型，造成盘管振动和冲刷腐蚀；同时，在炉管中气液两相流动压降高于气、液单相流动压降，增大了加热炉的压能损耗。

发明内容

本发明的目的是克服现行工艺和系统中存在的问题，提供一种先进的增压加热油气混输系统及方法，以保障油气混输系统的安全、平稳、高效运行，延长设备使用寿命，降低工程投资、能耗和操作维护与运行成本。

本发明提出的技术方案如下：一种增压加热油气混输系统，包括顺序通过管路连通的进站阀组、燃料气分离器、油气混输泵、管式加热炉以及长距离油气混输管道，在所述燃料气分离器与所述油气混输泵之间设置有多相激振除砂器；所述多相激振除砂器，包括一立式壳体，在壳体顶部设有气液进口并连接一入口立管，所述入口立管另一端连接于所述燃料气分离器的出口；在所述壳体的底部设置有气液出口和排砂口；在所述壳体内装有滤网框，所述滤网框下部的容器空间为集砂室；所述滤网框，包括连为一体的上部的封闭锥形导流帽和下部的圆筒形滤网框，所述锥形导流帽小端朝上，在所述导流帽的外壁上设置有下垂并向外散开的弹性激振板；所述圆筒形滤网框，底部封闭并留有一出口，通过一波纹管通向所述壳体底部的气液出口，所述圆筒形滤网框的外部沿轴向固定套设几个圆台形导流罩，圆台形导流罩大端朝上，小端朝下，小端与所述圆筒形滤网框外壁有间隙，在圆台形导流罩的侧面连接几个肋板，所述肋板与壳体固定相连。

在所述集砂室的侧面装设有加水管，通向所述集砂室。

所述燃料气分离器为管式分离器，包括一集液管，所述集液管由连通的上管段和下管段组成；一气液入口管段，连接在所述上管段的入口端；一气液出口管段，连接在所述下管段的出口端；所述上管段向上连通一导气管，所述导气管连通在一气体除液管的一端，所述气体除液管的另一端向上通过一管道连通一捕雾器，所述气体除液管的底部向下连通一导液管，所述导液管的出液端通向所述下管段中，所述气体除液管中安装有除液板，所述捕雾器上部设有出气口，底部设有一排液管，所述排液管伸入到所述气体除液管的底部。

在所述油气混输泵与管式加热炉连接一种油气混输分离分流器，所述油气混输分离分流器包括一分离罐，在所述分离罐的中部设置有气液入口，所述气液入口上连通一大口径整流管；在所述分离罐的顶部设置有一气出口，在所述气出口上设置有连通所述管式加热炉出口处气、液混合节点的管道；在所述分离罐的底部设置有一液出口，在所述液出口上设置有连通所述管式加热炉加热盘管入口的管道；一液位控制回路，设置在所述气出口的管道与所述分离罐之间。

所述油气混输泵为并联的多台泵的组合，在所述多相激振除砂器与并联的多台泵之间连接一多相混输泵组入口匀流装置，所述多相混输泵组入口匀流装置的进口与所述多相激振除砂的气液出口连通，所述多相混输泵组入口匀流装置的出口设置多个，分别与所述并联的多台泵中的一个连通。

本发明提供的一种增压加热油气混输系统混输方法，包括以下步骤：

1）井区油气混合物首先进入燃料气分离器进行油气分离，分离出的部分天然气进入到加热炉的燃烧器内，其余的气液介质进入除砂器中进行除砂；

2）气液混合物在除砂器中除砂之后，进入油气混输泵中进行增压，除砂器中的砂粒等固体颗粒物排放到集砂车上；

3）增压后的气液混合物输入到一加热炉中进行加热，得到增压加热的油气混合物，进入长距离油气混输管道中。

另一增压加热油气混输系统混输方法技术方案包括以下步骤：

3）由混输泵增压后的气液混合物输至一分离分流器中进行气液分离并分流，其中分离出的气体直接通向加热炉的出口气液混合节点处，分离出的液体进入加热炉进行加热；

4）直接通向加热炉出口气液混合节点处的气体与从加热炉中加热出来的液体在加热炉出口气液混合节点处进行混合，进入长距离油气混输管道中。

另一种增压加热油气混输系统混输方法包括以下步骤：

1）井区油气混合物首先进入燃料气分离器进行油气分离，分离出的部分天然气进入到加热炉的燃烧器内，剩余的气液介质进入除砂器中进行除砂；

3）经过匀流的各股气液并行输入到并联的多台泵中进行增压；

4）由混输泵增压后的气液混合物输至一分离分流器中进行气液分离并分流，其中分离出的气体直接通向加热炉的出口气液混合节点处，分离出的液体进入加热炉进行加热；

进一步，在所述步骤3）中得到的增压气液混合物，先汇集输入到一分离分流器中进行油气分离并分流，其中分离出的气体直接通向加热炉的出口气液混合节点处，分离出的液体通入加热炉管道中进行加热；之后直接通向加热炉出口气液混合节点处的气体与从加热炉中加热出来的液体在加热炉出口气液混合节点处进行混合，再输向长距离油气混输管道中。

本发明提出几种新型的油气混输的增压加热油气混输工艺，彻底改变了传统的增压加热油气混输系统构成，形成了代表油气混输领域领先水平的全新的工艺模式。本发明的主要优点有：

1、在燃料气分离器之后、油气混输泵之前设置多相激振除砂器，这种除砂器将入口管段设计成竖直管以形成竖直向上的段塞流，将滤网结构设计成液体由外向内流动的方式，具有含砂流体反向进入滤网框、滤网框中无积砂、被拦截的固体颗粒不阻塞滤网的功能，而且，被拦截的固体颗粒积存在设备底部与滤网不接触，可在不停产工况下实现在除砂器中不停产在线清洗积砂并通过短程管道排放至室外运砂车中。

2、将容器式燃料气分离器，优先替换为管式燃料气分离器，占用面积小，不额外占用泵房空间，克服了容器式燃料气分离器体积大，室外设置、需伴热保温、操作管理不方便等不足。同时将它设在整个流程的最前端位置，可以提早从油气混合物中分离出燃料气，减少进入后续设备和管道的油气混合物气体流量，降低油田井区来的油气混合物从进站阀组到混输泵入口之间的系统压降，节省井区的机械采油井电耗；减少混输泵的气液总输量，降低其工程投资和运行能耗。

3、将油气混输泵组入口匀流装置设在油气混输泵组入口处，该装置具有将一股油气混合流体分成若干股相同气、液流量的油气混合流体的功能，适用于将总气液流量分流成与泵运行台数相同等份的气流量和液流量，实现进入每台泵的气流量和液流量相等，可确保并联运行的混输泵组中各台泵的入口含气率一致，避免偏流的发生，消除由入口含气率超限引起的混输泵螺杆过热磨损与运行故障。

4、将气液分离分流器设在加热炉入口汇管起点处，将进入加热炉前的气液混合物中的游离气体分出来，使液相单独进入加热炉盘管，分出的气体与加热炉出口被加热的液相混合后，进入长距离油气混输管道，避免了由加热盘中气液多相流冲击产生的炉管振动损坏和冲刷腐蚀。

附图说明

图1显示了现有技术中增压加热油气混输工艺流程。

图2显示了本发明所建立的第一种增压加热油气混输系统的构成。

图3显示了本发明所建立的第二种增压加热油气混输系统的构成。

图4为管式燃料气分离器的结构图。

图5为多相激振除砂器的结构图。

图6显示了本发明所建立的第三种增压加热油气混输系统的构成。

图7为分离分流器的结构图。

图8显示了与第一种增压加热油气混输系统相配的混输流程。

图9显示了与第二种增压加热油气混输系统相配的混输流程。

图10显示了本发明所建立的第三种增压加热油气混输系统的构成。

图11显示了本发明所建立的第四种增压加热油气混输系统的构成。

图12显示了与第三种增压加热油气混输系统相配的混输流程。

图13显示了与第四种增压加热油气混输系统相配的混输流程。

具体实施方式

本发明通过创新油气混输泵和管式加热炉的关键配套设备，建立了新型增压加热油气混输工艺，该工艺包括了新型的增压加热油气混输系统和新型的方法。

下面结合几个具体的实施方式和附图来说明本发明的技术方案：

实施方式一：适用于一台混输泵运行的油气混输工艺

参见图2所示，本发明提供的一种增压加热油气混输系统，包括顺序通过管路连通的进站阀组1、燃料气分离器2、多相激振除砂器3、油气混输泵5、管式加热炉7以及长距离油气混输管道8。该系统的主要特点是在现有工艺的基础上在燃料气分离器2与油气混输泵5之间增加了一种新型的多相激振除砂器3，多相激振除砂器3的进口与燃料气分离器2的气液出口连接，多相激振除砂器3的气液出口经过进泵汇管与油气混输泵5连接，油气混输泵5再通过进炉汇管进入管式加热炉7，最后再进入长距离油气混输管道8中。由于增设这种特殊结构的除砂器，使进入油气混输泵5前的油气混合物中含砂固体颗粒被预先清理，并且砂粒被拦截在滤网框外，滤网框中无积砂，可免除拆卸过滤器给滤网框除砂、清洗过程，可在不停产工况下在线清洗积砂并通过短程管道排放至室外运砂车中。下面具体讲述该系统的结构：

进站阀组1

进站阀组1用于汇集井区油井产出的油气混合物（井区油气混合物），可采用原有设备。进站阀组1包括若干根并联的进站管道，这些并联的进站管道汇集成一根汇管进入燃料气分离器2。

燃料气分离器2

结合图2、图3所示，燃料气分离器2与进站阀组1汇管连接，用于从油气混合物中分离出部分天然气作为加热炉的燃料，其出气口与管式加热炉7的燃烧器进口管道连通，燃料气分离器2的气液出口连通多相激振除砂器3。

燃料气分离器2可以采用一种容器式分离器（图3所示），也可以采用一种管式分离器（图2所示），但容器式分离器存在比管式分离器的体积大、投资高，需室外设置和伴热保温的问题。

在一种实施例中，一种管式燃料气分离器2的结构参见图4所示，包括气液入口管段201、导气管202、气体除液管203、除液板204、捕雾器205、出气口206、导液管207和集液管208和气液出口管段209。集液管208为圆柱形管道构成，分为上管段208’和下管段208”，上、下管段分别在首端发生分离，在尾端发生汇合。气液入口管段201一端连接在进站阀组1的汇管上，另一端与集液管208的上管段208’的入口端连通；气液出口管段209则设于集液管208的下管段208”的出口端。

进一步讲，在上管段208’和下管段208”的中间部位，也通过竖直管210局部连通。

上管段208’向上连通一导气管202，导气管202连在气体除液管203的一端。气体除液管203为一长管，管中安装有除液板204；除液板204为多层同心半圆弧形不锈钢薄板。气体除液管203底部对着除液板204的位置向下连通导液管207，导液管207的出液端通向集液管208的下管段208”中。在与导气管202相接的气体除液管203的另一端的上部，通过管道211连通一捕雾器205，捕雾器205上部为出气口206，捕雾器205的底端设一排液管212伸入到气体除液管203的底部。具体讲，管道211与捕雾器205、出气口206的连接结构是：管道211通过一带阀门的捕雾器进口管213连通到捕雾器205的进口；管道211同时通过一带阀门的捕雾器旁通管214与出气口206连通，在捕雾器检修时，将此管上的阀门打开，其余阀门关上，使气体除液管203中的气体直接经出气口206输出，保证燃料气不间断供给加热炉。

在捕雾器底部设的径排液管，在捕雾器正常工作期间处于常开状态，使捕雾器捕集的液体自流到气体除液管203的底部，以通过导液管207将其排入集液管208。

进一步讲，在捕雾器205的出气管道上206上也设置一自力式定压阀。

管式燃料气分离器2的工作方式为：来自于进站阀组1汇管的气液混合物进入入口管段201，形成气液分层流动型态，在入口管段201上部的一部分含有液滴的气体经导气管202进入气体除液管203，在除液管203中依靠重力沉降除液，并经多层除液板204整流和除液后，气体进入捕雾器205进一步除去小液滴，经出气口206输往加热炉7作燃料气。在天然气除液过程中，捕雾器205中被捕集的液体经其底部的排液管212靠重力淌入气体除液管203的底部，气体除液管203中的液体经其底部的导液管208靠重力排入集液管208的管底处；由入口管段201进入集液管208上管段和下管段的气液混合物（含砂流体）一起在集液管208中形成气液分层流型，经气液出口管段209排出并进入下一环节。当出现瞬态长液塞进入管式燃料气分离器时，集液管208用于积存暂时排不出去的液体，避免气体除液管203中进液，保障出气口206可以不间断对加热炉7供给燃料气。管式燃料气分离器2结构紧凑、体积小，适于利用建筑物内的狭长边角空间安装，可比常规容器式分离器大幅度减少占地面积和工程投资。

多相激振除砂器3

结合图2、3所示，多相激振除砂器3的进口设于顶端，与燃料气分离器2的气液出口管道连接；多相激振除砂器3的气液出口设于容器的最底端，通过管道连接油气混输泵5；多相激振除砂器3的排砂口也设在容器的底端，通过管道连接到室外运砂车中。

一种多相激振除砂器3结构参见图5所示，包括：

一立式除砂器壳体301，在壳体301顶部设有气液进口并连接一较长的入口立管302，入口立管302由倒U形段303和竖直段304组成，倒U形段303连接于壳体301顶部的进口，竖直段304连接于燃料气分离器2的出口。在壳体301的底部设置有气液出口305和排砂口306；在壳体301内装有滤网框307，气液出口305与滤网框307的底部出口相接；滤网框307下部的容器空间为集砂室308，排砂口306设在集砂室308的底部。

滤网框307，上部为一封闭的锥形导流帽309，导流帽309的小端与壳体301顶部的进口相对，并在冒顶设置一限位杆，间隙式插在进口中；大端连接一呈倒桶式的圆筒形滤网框310；在导流帽309的外壁上设置有下垂并向外散开的弹性激振板311，弹性激振板311为一弹簧钢板，上端与导流帽309固定，下端为自由端。圆筒形滤网框310内部为空，其底部封闭并留有一出口，通过一波纹管312通向壳体底部设置的气液出口305。在圆筒形滤网框310的外部沿轴向固定套设几个圆台形导流罩313，圆台形导流罩313大端朝上，小端朝下，小端与滤网框有间隙，利于导流；在圆台形导流罩313的侧面连接几个肋板314，肋板与壳体301固定相连，以固定圆台形导流罩313。进一步讲，在圆台形导流罩313的竖截面为一梯形。

进一步讲，在集砂室308的侧面还装设有加水管315，通过操作其上的阀门适时向集砂室308中通入热水，一是为了冲洗砂子中的油污，二是当砂子堆积较多时，有利于排砂。

多相激振除砂器3的工作方式为：来自燃料气分离器2气液出口的气液混合物（含砂流体）流进较长的入口立管302，在上升的管段内形成段塞流，当液塞（段塞流由液塞和气塞构成）进入除砂器顶部时，经圆锥形导流帽309向下洒落，冲击弹性激振板311，使其产生水平方向和竖直方向的弹性位移，当随后的气塞来临、液塞冲击力解除时，弹性激振板311在弹簧钢板的弹力作用下，恢复到原位。因段塞流是一种具有一定频率的周期性液塞冲击流动，弹性激振板311在这种冲击流动作用下呈现位移与复位的周期性振动状态，从而带动与之连接在一起的圆筒形滤网框310产生周期性振动，气液介质穿过滤网进入到网内侧，并汇集到圆筒形滤网框310下部的波纹管312，经气液出口305排出；流体中的砂子被拦截在滤网的外侧，在重力和圆筒形滤网框310振动的共同作用下，沉落到圆筒形滤网框310下部的集砂室308中，从而避免了由滤网堵塞、压降增大引起的圆筒形滤网框310压塌损坏。打开排砂口306的阀门，可将砂子在线（指在除砂器不停产状态下；排砂是间歇的，周期性的）排出。

当集砂室308中的砂子积累到接近波纹管312下部边缘，需要排砂时，先打开加水管315的阀门，向集砂室308中通入热水，冲洗砂子中的油污，洗出的油污漂浮在热水上部并漫过集砂室308进而穿过圆筒形滤网框310的气液介质一起汇集到波纹管312经气液出口305排出，排出的油气水混合介质进入油气混输泵5，洗砂操作完成后，再打开排砂口306的阀门，排砂。

该多相激振除砂器，通过在线清洗积砂并经短程管道排放至室外运砂车中，避免了固体颗粒堵塞滤网、滤网框压塌损坏和卸开除砂器清砂操作。多相激振除砂器用于在线除去油气混合物中的砂子等固体颗粒，减缓了对混输泵的磨损、延长了其易损件的使用寿命，并具有在线集砂、洗砂、排砂的功能，实现了安全环保操作维护，降低了操作成本。

油气混输泵5

油气混输泵5以管道连接多相激振除砂器3的气液出口305，用于给油气混合物增压，使其实现长距离输送。可使用现有设备。

管式加热炉7

管式加热炉7使用现有设备。结合图2和图3可知，管式加热炉7用于给被输送的介质加热、升温，其盘管入口（即加热炉入口）与油气混输泵5的液出口连通，盘管出口（即加热炉出口）连接油气混输管道8；由燃料气分离器2分离出来的部分天然气通入管式加热炉7的燃烧器进口，作为燃料使用。

分离分流器6

作为另一实施例，进一步讲，可在油气混输泵5与管式加热炉7之间连接一种油气混输分离分流器6，工艺系统图如图6所示：分离分流器6的进口通过管道连接于油气混输泵5的出口，分离分流器6的气出口连接于管式加热炉7出口的气液混合节点处，液出口连接于加热炉5的加热盘管入口处，以实现对进入加热炉区的全部气液流体进行气、液分离和分流，只使液相经过加热炉盘管，而气相直接通向加热炉出口与加热后的液相混合。

结合图7所示，油气混输分离分流器6，包括一分离罐601，分离罐601为立式罐体，在分离罐601的中部设置有一水平气液入口，在该入口之后连通一整流管602，整流管602水平连通至立式分离罐601高度方向的中部位置；整流管602的外端通过一变径管接头603连接一入口接管604，入口接管604通过管道连接在油气混输泵5的出口上。整流管602为一空心管道，其口径比入口接管604大，变径管接头603的大端连接在整流管602上，小端连接在入口接管604上。当来自入口接管604的气液混合物通过变径管接头603进入整流管602后，其流速大幅度降低，由油气混合流动型态转换为气体在管道横截面的上部、液体在管道横截面的下部的气液分层流动型态，使气液混合物进入分离罐601之前就被调整为气液分离的流动状态，有利于在短时间内建立起分离罐601的稳定的气液分离工况。

在分离罐601的顶部设置一气出口605，通过管道连通加热炉7出口处的气、液混合节点处。在气管道中设置有液位调节阀606，液位调节阀606连接于液位控制回路607中，回路中还包括一液位传感器LC608。通过调节阀606的开度改变分离罐601中气相的压力来控制分离罐601中的液位。液位控制回路607应用已有技术。

在分离罐601的底部设置一液出口610，通过管道连通加热炉7的加热盘管入口。

结合图6，该分离分流器6工作方式为：来自油气混输泵5的气液混合物从入口接管604进入整流管602中，在整流管602中形成气液分层流型，使气相和液相平稳进入分离罐601，并以气液分离的最短极限停留时间（为正常油气分离时间的1/10（通过合理设计分离罐601的容积来实现，即将分离罐601的容积缩小为常规分离罐容积的1/10）进行气液分离，一方面将游离气从气液混合介质中分离出来，经气出口605输至加热炉7的出口处的气液混合点，另一方面将低含气的液体从液出口610排出，进入加热炉7升温，并在加热炉7出口处的气液混合点与游离气混合，达到需要的温度后，输至下一个工段。

采用改变液位控制回路607的气相压力，建立分离分流器气液分离的液面条件；合理设计从分离分流器气出口605至管式加热炉7的出口处气液混合点之间的输气管路的压降，使之小于从分离分流器液出口610经加热炉炉内加热盘管至加热炉出口处气液混合点之间的输液管路的压降。这样，当输气管路中的液位调节阀606处于全开状态时，分离罐601中的液位就会无限上升，直至液体进入气出口605的管路，除非关小液位调节阀增大分离罐601中的气相压力，液位才会向下移动。因此，只要根据分离罐601中液位的高低情况调节液位调节阀606的开度，就可将液位控制在设定范围内，容易地实现液位平稳控制。如此，分离分流器6将进入加热炉7前的油气混合物中的游离气体分离出来，使液相单独进入加热炉盘管，分出的气体与加热炉出口被加热的液相混合后，再进入长距离油气混输管道8，避免了由加热盘中气液多相冲击流动产生的炉管振动损坏和冲刷腐蚀，延长了加热炉的使用寿命，也降低了炉管介质流量的压降，取得了降低加热炉更新维护费用和运行能耗的效果。

长距离油气混输管道8

结合图2和图3所示，长距离油气混输管道8连通管式加热炉7的出口处的气液混合点，将油气混输输送到远离井区的集中处理站。

几种可应用实施方式一所述的增压加热油气混输系统实现的混输方法是：

第一种增压加热油气混输方法：包括如下步骤：

1）参见图8所示：井区油气混合物来油率先进入燃料气分离器进行油气分离，分离出的部分天然气进入到加热炉的燃烧器内，作为燃料使用；其余的气液部分输入到除砂器中进行除砂；

2）气液混合物在除砂器中除砂之后，进入油气混输泵中进行增压，除砂器中的砂粒等固体颗粒物在线排放到集砂车上；

3）增压后的气液混合物输入到加热炉中进行加热，得到增压加热的油气混合物，进入长距离油气混输管道中，输至远离井区的集中处理站。

第二种增压加热油气混输方法：包括如下步骤：

1）参见图9所示：井区油气混合物来油首先进入燃料气分离器进行油气分离，分离出的部分天然气进入到加热炉的燃烧器内，作为燃料使用；其余的气液部分输入到除砂器中进行除砂；

3）增压后的气液混合物输入到分离分流器中进行油气分离并分流，其中分离出的气体直接通向加热炉的出口气液混合节点处；分离出的液体通入加热炉管道中进行加热；

4）直接通向加热炉出口气液混合节点处的气体与从加热炉中加热出来的液体在加热炉出口气液混合节点处进行混合，而后进入长距离油气混输管道中。

第二种方法与第一种方法比较，增加了气液混合物在增压之后、输入到加热炉之前，进行油气分离分流的步骤。

上述两种方法中，所使用的燃料气分离器既可以采用常规容器式分离器，也可以采用本发明中所述的紧凑结构型管式分离器2；所使用的除砂器为本发明所述的多相激振除砂器3；所使用的油气混输泵可以为本发明所述的常规油气混输泵5；所使用的分离分流器，可以为本发明所述的油气混输分离分流器6；所使用的加热炉可以为本发明所述的常规管式加热炉7。

采用实施方式一，适用于1台混输泵运行的油气混输工艺。该工艺经试用，可以安全、高效、平稳运行多年。与常规增压加热油气混输系统相比，本发明的油气混输泵的螺杆等主要部件的使用寿命延长了1倍以上，达到了3.5年以上；管式加热炉的炉管使用寿命延长了1倍以上，达到了7年以上。计算在20年的设备服役期内，可节省混输泵和加热炉的维护费用50%以上。

实施方式二：适用于两台以上混输泵并联运行的油气混输工艺

本发明提供的另一种增压加热油气混输系统，参见图10所示，包括顺序通过管路连通的进站阀组1、燃料气分离器2、多相激振除砂器3、多相混输泵组入口匀流装置4、并联的多台油气混输泵5、管式加热炉7以及长距离油气混输管道8。该系统的主要特点是在实施方式一的基础上在多相激振除砂器3和多台并联运行的油气混输泵5入口处增设了多相混输泵组入口匀流装置4。多相混输泵组入口匀流装置4可采用申请人早期专利公开的“油气多相混输泵组入口匀流装置”（专利号200710090952，公开号CN101025252）。

结合图10所示，实施方式二中，多相混输泵组入口匀流装置4的进口与多相激振除砂器3的气液出口连通，并在多相混输泵组入口匀流装置4上设置多个并联的出口，出口数量与多台油气混输泵5的数量匹配，每一出口连通一台油气混输泵5。该装置具有将一股油气混合流体等分成若干股相同气液流量的油气混合流体的功能，可确保并联运行的多个混输泵中各台泵的入口含气率一致，避免偏流的发生，消除由入口含气率超限引起的混输泵螺杆过热磨损与运行故障。

作为另一种实施例，在图10所示系统配置的基础上，还可以在油气混输泵5与管式加热炉7之间增设分离分流器6，如图11所示。

实施方式二系统中其它设备的选用、配置均与实施方式一系统中设备相同，只是由多个油气混输泵5并联形成泵组，每一台油气混输泵与多相混输泵组入口匀流装置4的其中一个出口连接，而从多个混输泵泵出的气液经汇总后再一同输往管式加热炉7，或经分离分流器6后进入管式加热炉7。

几种适用于实施方式二所述增压加热油气混输系统的混输方法是：

第一种增压加热油气混输方法：包括如下步骤：

1）参见图12所示：井区油气混合物来油首先进入燃料气分离器进行油气分离，分离出的部分天然气进入到加热炉的燃烧器内，作为燃料使用；其余的气液部分输入到除砂器中进行除砂；

3）经过匀流的各股气液并行输入到并联的油气混输泵组中进行增压；

4）各泵增压后的气液混合物输入到加热炉中进行加热，得到增压加热的油气混合物，进入长距离油气混输管道中，输至远离井区的集中处理站。

第二种增压加热油气混输方法：包括如下步骤：

井区油气混合物来油首先进入燃料气分离器进行油气分离，分离出的部分天然气进入到加热炉的燃烧器内，作为燃料使用；其余的气液部分输入到除砂器中进行除砂；

4）各泵增压后的气液混合物汇集输入到一分离分流器中进行油气分离并分流，其中分离出的气体直接通向加热炉的出口气液混合节点处；分离出的液体通入加热炉管道中进行加热；

5）直接通向加热炉出口气液混合节点处的气体与从加热炉中加热出来的液体在加热炉出口气液混合节点处进行混合，而后进入长距离油气混输管道中。

采用实施方式二的增压加热油气混输系统和方法，适用于两台以上混输泵并联运行的油气混输工艺。该工艺在某油田区块的油气混输系统工程中试用，已经安全、高效、平稳工作了3年半。

无论是实施方式一，还是实施方式二：

1、使用管式燃料气分离器：

1）体积小、占地面积小、安装简便。采用管道结构形式的多相管式燃料气分离器，沿从井区来油气混合物进站阀组汇管至混输泵之间的管输流程走向，贴近泵房墙面安装，取得了不额外占用泵房空间的效果。现有技术中常规容器式燃料气分离器的直径为1200-2000mm，而管式分离器的直径仅为400-600mm，适于利用建筑物内的狭长边角空间安装，比容器式分离器的有效占地面积降低60-70%，投资降低20%。

2）运行平稳可靠。满足从油气混合物中分离出部分天然气，为加热炉提供燃料气的要求，保障了加热炉在严寒的冬季平稳运行。

2、使用多相激振除砂器：

在生产运行过程中，无滤网堵塞和过滤器压差上升现象，滤网框的更换周期达到了2年以上，比在单泵入口设置的常规过滤器延长了2倍以上，并实现了在线除砂、集砂、洗砂和排砂，到达了安全环保操作要求，下面是常规过滤除砂器与本发明中多相激振除砂器运行工况的比较：

两种除砂设备的运行工况比较

3、使用分离分流器：

分离分流器始终处于有液位的工作状态，加热炉入口无气液段塞流进入，加热盘管无振动，盘管中的流体流速降低2-4倍，冲刷腐蚀得到有效减缓，炉管压降降低20-30%。

两种进炉工艺的运行工况比较

实施方式二中使用混输泵组入口匀流装置4，完全实现了2台以上并联运行混输泵的入口液流量和气流量的均匀分配，2台泵的出口温度相近，解决了常规入口汇管引起的并联运行混输泵机组的单泵偏流问题。下面是某中转油站并联混输泵运行数据：

表格中的数据说明：该油站采用双螺杆混输泵，是一种容积泵，其入口实际流量就是它的额定流量。由于混输泵在增压过程压缩了气液混合物中的气相，使其出口温度升高，当并联运行的2台混输泵的入口含气率（α）不一样时（即发生偏流时），其出口温度就不一样，因此，判断2台混输泵是否达到了完全一致的入口流量的依据是其出口温度，当出口温度趋于一致时，即可判定2台混输泵入口的气流量和液流量相近（即含气率相近），基本无偏流。

α = \frac{Q_{g}}{Q_{g} + Q_{l}}

式中，

Q_g——工况下的实际气体流量，m³/h；

Q_l——工况下的实际液体流量，m³/h。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和工艺流程等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims

1.一种增压加热油气混输系统，包括顺序通过管路连通的进站阀组、燃料气分离器、油气混输泵、管式加热炉以及长距离油气混输管道，其特征在于：在所述燃料气分离器与所述油气混输泵之间设置有多相激振除砂器；

所述多相激振除砂器，包括一立式壳体，在壳体顶部设有气液进口并连接一入口立管，所述入口立管另一端连接于所述燃料气分离器的出口；在所述壳体的底部设置有气液出口和排砂口；在所述壳体内装有滤网框，所述滤网框下部的容器空间为集砂室；

所述滤网框，包括连为一体的上部的封闭锥形导流帽和下部的圆筒形滤网框，所述锥形导流帽小端朝上，在所述导流帽的外壁上设置有下垂并向外散开的弹性激振板；所述圆筒形滤网框，底部封闭并留有一出口，通过一波纹管通向所述壳体底部的气液出口，所述圆筒形滤网框的外部沿轴向固定套设几个圆台形导流罩，圆台形导流罩大端朝上，小端朝下，小端与所述圆筒形滤网框外壁有间隙，在圆台形导流罩的侧面连接几个肋板，所述肋板与壳体固定相连。

2.根据权利要求1所述的增压加热油气混输系统，其特征在于：在所述集砂室的侧面装设有加水管，通向所述集砂室。

3.根据权利要求1或2所述的增压加热油气混输系统，其特征在于：所述燃料气分离器为管式分离器，包括一集液管，所述集液管由连通的上管段和下管段组成；一气液入口管段，连接在所述上管段的入口端；一气液出口管段，连接在所述下管段的出口端；所述上管段向上连通一导气管，所述导气管连通在一气体除液管的一端，所述气体除液管的另一端向上通过一管道连通一捕雾器，所述气体除液管的底部向下连通一导液管，所述导液管的出液端通向所述下管段中，所述气体除液管中安装有除液板，所述捕雾器上部设有出气口，底部设有一排液管，所述排液管伸入到所述气体除液管的底部。

4.根据权利要求1或2或3所述的增压加热油气混输系统，其特征在于：在所述油气混输泵与管式加热炉连接一种油气混输分离分流器，所述油气混输分离分流器包括一分离罐，在所述分离罐的中部设置有气液入口，所述气液入口上连通一大口径整流管；在所述分离罐的顶部设置有一气出口，在所述气出口上设置有连通所述管式加热炉出口处气、液混合节点的管道；在所述分离罐的底部设置有一液出口，在所述液出口上设置有连通所述管式加热炉加热盘管入口的管道；一液位控制回路，设置在所述气出口的管道与所述分离罐之间。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的增压加热油气混输系统，其特征在于：所述油气混输泵为并联的多台泵的组合，在所述多相激振除砂器与并联的多台泵之间连接一多相混输泵组入口匀流装置，所述多相混输泵组入口匀流装置的进口与所述多相激振除砂的气液出口连通，所述多相混输泵组入口匀流装置的出口设置多个，分别与所述并联的多台泵中的一个连通。

6.一种增压加热油气混输系统实施的混输方法，其特征在于，利用权利要求1或2或3所述增压加热油气混输系统，包括以下步骤：

7.一种增压加热油气混输系统实施的混输方法，其特征在于，利用权利要求4所述的增压加热油气混输系统，包括以下步骤：

8.根据权利要求6或7所述的增压加热油气混输系统实施的混输方法，其特征在于，所述步骤1）中使用的燃料气分离器为管式分离器，包括一集液管，所述集液管由连通的上管段和下管段组成；一气液入口管段，连接在所述上管段的入口端；一气液出口管段，连接在所述下管段的出口端；所述上管段向上连通一导气管，所述导气管连通在一气体除液管的一端，所述气体除液管的另一端向上通过一管道连通一捕雾器，所述气体除液管的底部向下连通一导液管，所述导液管的出液端通向所述下管段中，所述气体除液管中安装有除液板，所述捕雾器上部设有出气口，底部设有一排液管，所述排液管伸入到所述气体除液管的底部。

9.一种增压加热油气混输系统实施的混输方法，其特征在于，利用权利要求5 所述的增压加热油气混输系统，包括以下步骤：

4）由混输泵增压后的气液混合物输至一分离分流器中进行气液分离并分流，其中分离出的气体直接通向加热炉的出口气液混合节点处，分离出的液体进入加热炉进行加热。

10.根据权利要求9所述的增压加热油气混输系统混输方法，其特征在于，在所述步骤3）中得到的增压气液混合物，先汇集输入到一分离分流器中进行油气分离并分流，其中分离出的气体直接通向加热炉的出口气液混合节点处，分离出的液体通入加热炉管道中进行加热；之后直接通向加热炉出口气液混合节点处的气体与从加热炉中加热出来的液体在加热炉出口气液混合节点处进行混合，再输向长距离油气混输管道中；

所述分离分流器，包括一分离罐，在所述分离罐的中部设置有气液入口，所述气液入口上连通一大口径整流管；在所述分离罐的顶部设置有一气出口，在所述气出口上设置有连通所述管式加热炉出口处气、液混合节点的管道；在所述分离罐的底部设置有一液出口，在所述液出口上设置有连通所述管式加热炉加热盘管入口的管道；一液位控制回路，设置在所述气出口的管道与所述分离罐之间。