CN109899326B

CN109899326B - 一种油田伴生气用离心压缩机的在线流道除垢方法

Info

Publication number: CN109899326B
Application number: CN201910238392.8A
Authority: CN
Inventors: 刘兆增; 李强; 王振波; 孙治谦; 朱丽云; 巩志强
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2020-03-24
Anticipated expiration: 2039-03-27
Also published as: CN109899326A

Abstract

本发明提出了一种油田伴生气用离心压缩机的在线流道除垢方法。本发明包括以下步骤：1）在离心压缩机的出口分离器的底部设置排污管线，离心压缩机的输入端设置有入口管线，排污管线通过反冲洗管线与入口管线连接，反冲洗管线上还通过检测管线连接有检测口；2）排污处理：关闭反冲洗管线，打开排污管线，排出出口分离器底部的杂质；3）反冲洗检测：关闭排污管线，打开反冲洗管线上的检测管线，通过检测口检查凝析油有无杂质；4）反冲洗处理：关闭排污管线和检测管线，打开反冲洗管线，对离心压缩机冲洗，冲洗时间为0.5‑1h，冲洗频率为每周不超过1次。本发明利用凝析油通过反冲洗管线对离心压缩机的流道进行冲刷，并夹带到机体的外部。

Description

一种油田伴生气用离心压缩机的在线流道除垢方法

技术领域

本发明涉及离心压缩机除垢的技术领域，特别是指一种油田伴生气用离心压缩机的在线流道除垢方法。

背景技术

油田伴生气是指在油田采油过程中伴随采出的天然气，主要成分是甲烷和乙烷，但是通常还含有C₃-C₄等轻烃组分、C₅-C₈等凝析油成分和硫化氢、氧气、二氧化碳等气体成分以及水、泥砂等杂质，需要进行净化处理才能输送到下游应用。天然气压气站的净化工艺一般是进行重力沉降和计量，然后进入离心压缩机或往复压缩机增压，干燥和制冷之后进入轻烃装置进行分馏净化；其中，甲烷和乙烷作为干气外输，分离出的C₃-C₄当作液化气出售，C₅-C₆当作轻质油出售或作为化工原料进一步加工。

油田伴生气气量大，通常每天有几十万到几百万标准立方米，离心压缩机因其排气量大、故障率低、运转平稳等特点被广泛采用。但是，伴生气含有的水、泥砂等杂质以及腐蚀性的硫化氢、二氧化碳等气体对管路、冷却器、分离器等腐蚀产生的杂质，在分离器中不能彻底分离，就会被气流夹带进入离心压缩机的机体内，沉积在叶片流道、扩压器、弯道和回流器的表面以及迷宫密封的梳齿间。随着运行时间的延长，杂质越积越厚，严重时造成扩压器、回流器和弯道的堵塞，使得级间压力升高，离心压缩机排气量下降，功率升高，造成电能的浪费，严重时会引起喘振现象。梳齿间杂质累积，气体压缩产生的高温使其变硬，会造成迷宫密封失效，级间泄漏增大，效率降低。杂质继续沉积，会接触到转子表面，由于转子通常在10000r/min左右高速运行，会造成转子轴套磨损，带来安全隐患；杂质同样会积聚在叶轮的叶片和入口处，造成转子不平衡。因此，一般一年时间就要停机除垢、清洗和检修，大大影响了离心压缩机的长周期安全运行。

发明内容

本发明提出一种油田伴生气用离心压缩机的在线流道除垢方法，解决了现有技术中离心压缩机只能停机除垢和清洗而大大影响其长周期安全运行的问题。

本发明的一种油田伴生气用离心压缩机的在线流道除垢方法，其技术方案是这样实现的：包括以下步骤：1)设置反冲洗管线，包括离心压缩机，所述离心压缩机的输入端通过入口管线连接有入口分离器，所述离心压缩机的输出端通过出口管线连接有出口冷却器，所述出口冷却器还通过出口管线连接有出口分离器；所述出口分离器的底部设有排污管线，所述排污管线还通过反冲洗管线与所述入口管线连接，所述反冲洗管线上还通过检测管线连接有检测口；2)排污处理：关闭反冲洗管线，打开排污管线，排出出口分离器底部的杂质；3)反冲洗检测：关闭排污管线，打开反冲洗管线上的检测管线，通过检测口检查凝析油有无杂质；4)反冲洗处理：关闭排污管线和检测管线，打开反冲洗管线，对离心压缩机进行冲洗，冲洗时间为0.5-1h，冲洗频率为每周不超过1次。

本发明在现有的油田伴生气的离心压缩机增压工艺管线上直接设置反冲洗管线，利用分离后的凝析油通过反冲洗管线随气流进入离心压缩机的流道内，由于其冲刷携带作用远远大于沉积作用，可以使得积聚在流道内的杂质被冲刷下来，并夹带到机体的外部。离心压缩机在工作过程中，压缩天然气夹带的腐蚀产物等杂质进入离心压缩机的机体流道后，由于天然气的密度低，大约0.75Kg/m³，对杂质的冲刷携带作用小，使得杂质慢慢沉积下来；如果开启反冲洗管线，使出口分离器内的凝析油随气流进入离心压缩机的流道内，轻质油密度约600-700Kg/m³，其密度是天然气的将近1000倍，冲刷力与密度成正比，其冲刷携带作用远远大于沉积作用，可以使得积聚在流道内的杂质被冲刷下来，夹带到机体的外部；这样可以使原本压力只能单向逐渐升高，靠停机清洗才能解决问题的状况得到扭转，通过本发明的这种除垢方法能够降低憋压，从而节约大量电能，延长检修周期。

作为一种优选的实施方案，所述入口管线上设有压力表，所述压力表上的压力大于1.2MPa即进行反冲洗。通过离心压缩机入口管线上的压力情况可以直观的判断是否需要进行反冲洗，如果离心压缩机入口管线上的压力大于1.2MPa说明离心压缩机的机体流道内出现了憋压的情况，此时需要及时进行反冲洗。

作为一种优选的实施方案，所述压力表上的压力等于1.3MPa即进行反冲洗。例如某压气站离心压缩机在四段入口堵塞，四段入口压力基本与三段出口压力相当，为1.3MPa左右；四段分离器操作压力与四段出口压力相当，为2.6MPa，四段出口分离器液位保持在30-50％，此时进行反冲洗。

作为一种优选的实施方案，所述压力表的压力每增加0.1MPa，即冲洗1次。通常情况下，压力表的压力每增加0.1MPa，即冲洗1次；这样可以提高冲洗效率，充分保证了离心压缩机的机体内部干净整洁，避免杂质的过多沉积。

作为一种优选的实施方案，所述离心压缩机的电机功率富余量为20％以上。由于凝析油等重组分会进入离心压缩机，短时间内工况变化大，功率会升高，因此，离心压缩机的电机功率富余量需要较大，一般为20％以上，避免离心压缩机的电机超负荷。

作为一种优选的实施方案，所述步骤4)中，冲洗次数为30-50次/年。采用压力控制法进行冲洗，每升高0.1MPa，冲洗0.5-1h，压力有所降低，但还会缓慢升高，最终510天达到1.8MPa，检修30天，正好一年半，根据压力不同，共计清洗30-50次。

作为一种优选的实施方案，所述离心压缩机为高压离心压缩机，所述入口分离器为三段出口分离器，所述出口冷却器为四段出口冷却器，所述出口分离器为四段出口分离器。本发明的反冲洗管线设置在四段分离器和三段分离器之间，其入口管线即三段分离器与高压离心压缩机的连接管线，其出口管线即高压离心压缩机与四段冷却器的连接管线，排污管线设置在四段出口分离器的底部。

作为一种优选的实施方案，所述步骤4)中，高压离心压缩机的四段出口分离器的液位为50％。为了防止出口分离器底部的杂质重新进入离心压缩机的机体内，需要四段出口分离器保持足够的液位。

作为一种优选的实施方案，所述排污管线上设有排污阀，所述反冲洗管线上反冲洗阀，所述检测管线上设有检测控制阀。通常情况下，排污管线上设有两个排污阀，反冲洗管线上两个反冲洗阀，一个为反冲洗管线的总控制阀，另一个为反冲洗管线的分支控制阀，检测管线上设有检测控制阀，这些阀门的控制便于管路的控制。

作为一种优选的实施方案，所述排污阀、所述反冲洗阀和所述检测控制阀均为电磁阀，所述电磁阀还连接有控制柜。在控制柜的作用下，实现了管路的集中自动控制，控制方便，准确，使用效果好。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在现有的油田伴生气的离心压缩机增压工艺管线上直接设置反冲洗管线，利用分离后的凝析油通过反冲洗管线随气流进入离心压缩机的流道内；压缩天然气夹带的腐蚀产物等杂质进入离心压缩机的机体流道后，由于天然气的密度低，大约0.75 Kg/m³，对杂质的冲刷携带作用小，使得杂质慢慢沉积下来；如果开启反冲洗管线，使出口分离器内的凝析油随气流进入离心压缩机的流道内，轻质油密度约600-700 Kg/m³，其密度是天然气的将近1000倍，冲刷力与密度成正比，其冲刷携带作用远远大于沉积作用，可以使得积聚在流道内的杂质被冲刷下来，夹带到机体的外部；这样可以使原本压力只能单向逐渐升高，靠停机清洗才能解决问题的状况得到扭转，通过本发明的这种除垢方法能够降低憋压，从而节约大量电能，延长检修周期。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例的平面结构示意图；

图2为图1中反冲洗管线的放大结构示意图；

图中：1-入口分离器；2-低压离心压缩机；3-高压离心压缩机；4-一段冷却器；5-一段分离器；6-二段冷却器；7-二段分离器；8-三段冷却器；9-三段分离器；10-四段冷却器；11-四段分离器；12-第一阀门；13-第五阀门；14-第二阀门；15-第三阀门；16-第四阀门。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的一种油田伴生气用离心压缩机的在线流道除垢方法，包括以下步骤：

1)设置反冲洗管线，参阅附图1和附图2，本发明包括离心压缩机，离心压缩机的输入端通过入口管线连接有入口分离器，离心压缩机的输出端通过出口管线连接有出口冷却器，出口冷却器还通过出油管线连接有出口分离器；出口分离器的底部设有排污管线，排污管线还通过反冲洗管线与入口管线连接，反冲洗管线上还通过检测管线连接检测口；

2)排污处理：关闭反冲洗管线，打开排污管线，排出出口分离器底部的杂质；

3)反冲洗检测：关闭排污管线，打开反冲洗管线上的检测管线，通过检测口检查凝析油有无杂质；

4)反冲洗处理：关闭排污管线和检测管线，打开反冲洗管线，对离心压缩机进行冲洗，冲洗时间为0.5-1h，冲洗频率为每周不超过1次。

本实施例中，排污管线上设有两个排污阀，即第一阀门12和第五阀门13，第一阀门12为排污管线的分支控制阀，第五阀门13为排污管线的总控制阀；反冲洗管线上依次设有第二阀门14和第四阀门16，第二阀门14为反冲洗管线的总控制阀，第四阀门16为反冲洗管线的分支控制阀；检测管线上设有第三阀门15，第三阀门15也是检测控制阀。通常情况下，入口管线上设有压力表，压力表上的压力大于1.2MPa即进行反冲洗。一般来说，压力表的压力每增加0.1MPa，即冲洗1次。出口管线上也有压力表，随时记录离心压缩机的进口和出口压力。

实施例一

参阅附图1，油田伴生气的离心压缩机增压工艺管线一般包括低压离心压缩机2和高压离心压缩机3，低压离心压缩机2和高压离心压缩机3分别连接两个分离器和两个冷却器，即油田伴生气经过分离器即入口分离器1分离之后进入离心压缩机即低压离心压缩机2，经过四级压缩之后，进入轻烃装置。具体过程为：油田伴生气经入口分离器1即DF101分离器分离之后，由PCV-203阀进入低压离心压缩机2，经过初步压缩之后，由一段冷却器4出料，并经过一段分离器5分离之后再次进入低压离心压缩机2，在低压离心压缩机2进行再次压缩之后，由二段冷却器6出料，并经过二段分离器7分离之后进入高压离心压缩机3，在高压离心压缩机3进行压缩之后，由三段冷却器8出料，并经过三段分离器9分离之后再次进入高压离心压缩机3，在高压离心压缩机3进行再次压缩之后，由四段冷却器10出料，并由四段分离器11分离之后，进入轻烃装置。本实施例的反冲洗管线设置在四段分离器11和三段分离器9之间，其入口管线即三段分离器9与高压离心压缩机3的连接管线，其出口管线即高压离心压缩机3与四段冷却器10的连接管线，排污管线设置在四段分离器11的底部。油田伴生气的增压工艺过程中，随着增压的进行，伴生气含有的水、泥砂等杂质以及腐蚀性的硫化氢、二氧化碳等气体对管路、冷却器、分离器等腐蚀产生的杂质，在分离器中不能彻底分离，就会被气流夹带进入离心压缩机的机体内，特别是在高压离心压缩机3的内部，其压力很高，杂质沉积更加严重，杂质沉积在叶片流道、扩压器、弯道和回流器的表面以及迷宫密封的梳齿间，因此，高压离心压缩机3的除垢工作刻不容缓，所以，本实施例的反冲洗管线设置在四段分离器11和三段分离器9之间。

石油伴生气在离心压缩机增压工艺管线上进行增压的过程中，为了提高压缩效率，各段间都需要冷却和分离，这样伴生气内含有的重组分，就会产生凝析，因此，各级分离器都保持一定的液位，液体的主要成分是C₅-C₈凝析油；例如：某压气站离心压缩机在四段入口堵塞，四段入口压力基本与三段出口压力相当，为1.1-1.8MPa；四段分离器11操作压力与四段出口压力相当，为2.8MPa，四段出口分离器液位保持在30-50％。

本实施例中，在四段分离器11的底部排污管线上直接开孔，连接一反冲洗管线，反冲洗管线连接到高压离心压缩机3的四段入口，两端压差>1.0MPa，无需新增增压设备；反冲洗流量由各个阀门控制，控制方便，反冲洗简单，除垢效果好。

本发明的除垢原理：压缩天然气夹带的腐蚀产物等杂质进入离心压缩机的机体流道后，由于天然气的密度低，大约0.7 Kg/m³，对杂质的冲刷携带作用小，使得杂质慢慢沉积下来；如果开启回流冲刷管线，使四段分离器11内的凝析油随气流进入高压离心压缩机3的流道内，轻质油密度约600-700 Kg/m³，其密度是天然气的将近1000倍，冲刷力与密度成正比，其冲刷携带作用远远大于沉积作用，可以使得积聚在流道内的杂质被冲刷下来，夹带到机体的外部；这样可以使原本四段压力只能单向逐渐升高，靠停机清洗才能解决问题的状况得到扭转，通过这种除垢方法能够降低四段憋压，从而节约大量电能，延长检修周期。

高压离心压缩机3反冲洗操作，由于会使凝析油等重组分进入离心压缩机，短时间内工况变化大，功率升高，有严格的使用范围。

1)高压离心压缩机3的电机功率富余量较大，20％以上，避免电机超负荷；

2)操作要平稳，阀门开度以旋转90度为单位增加，缓慢增加负荷；

3)四段压力每增加0.1MPa，就冲洗1次，每次冲洗时间不超过1h，每周冲洗不超过1次。

本实施例中，采用压力控制反冲洗频率，当压力增加0.1MPa时，即进行反冲洗操作0.5-1h。此时压力会有所降低，但不会降低0.1MPa，无法恢复到以前的压力。如运行30天，压力由1.1MPa上升到1.2MPa，反冲洗0.5h，压力不会恢复到1.1MPa，而仅能达到1.12MPa，下次则在1.22MPa时，开始反冲洗。在1.2-1.3MPa这个区间内，执行10次反冲洗操作，每次0.5h，能维持离心压缩机运行120天，四段压力才达到1.3MPa。此方法冲洗次数少，四段压力会缓慢升高，一年半时间达到1.8MPa，需要停机检修。

实施例二

1)提高高压离心压缩机3的四段分离器11的液位至50％，打开第一阀门12和第五阀门13，关闭第二阀门14，通过排污管线，排出底部杂质；

2)关闭第五阀门13和第四阀门16，打开第二阀门14，缓慢打开第三阀门15，从检测口检查凝析油有无杂质，观察流量状况；

3)关闭第三阀门15，缓开第四阀门16，注意观察高压离心压缩机3的功率变化和各部位振动检测情况，保持平稳操作；

4)四段入口压力即压力表的压力冲刷后会降低，等降低0.1 MPa后，关闭反冲洗管线。

本实施例中，采用时间控制反冲洗频率，每周固定时间执行一次反冲洗操作，时间0.5h，可以保证2年时间内压力始终控制在1.1-1.2MPa，不会继续升高。此方法冲洗次数多，四段压力保持稳定，可保证沉积的杂质能够及时冲洗带走，不会形成憋压。

表1不同除垢方法的除垢过程和除垢结果

将本发明的除垢方法与现有技术中的停机除垢方法的除垢过程和除垢结果进行对比，数据统计记入表1。由表1可以看出，本发明离心压缩机的检修周期是根据机械状况和四段堵塞情况来确定的，机械状况可以2年一次检修，所以2年以内的拆检就根据堵塞状况来确定。如果不冲洗，一年内330天达到1.8MPa(三段出口管路装有安全阀，设定压力1.8MPa，达到这个压力，则离心压缩机无法运行，只能停机检修除垢)，检修30天，正好一年。实施例一，采用压力控制法进行冲洗，每升高0.1MPa，冲洗0.5-1h，压力有所降低，但还会缓慢升高，最终510天达到1.8MPa，检修30天，正好一年半。实施例二，达到1.2MPa，就冲洗0.5h，基本一周冲洗一次，可以控制压力不升高，始终保持在1.2MPa以下，因此可以将检修周期延长到2年。四段压力降低以及延长检修周期，综合节电率可达到10％。电机所耗功率2000KW，年可节电158万度，每度0.65元，年节电费103万元。

因此，与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在现有的油田伴生气的离心压缩机增压工艺管线上直接设置反冲洗管线，利用分离后的凝析油通过反冲洗管线随气流进入离心压缩机的流道内；压缩天然气夹带的腐蚀产物等杂质进入离心压缩机的机体流道后，由于天然气的密度低，大约0.7 Kg/m³，对杂质的冲刷携带作用小，使得杂质慢慢沉积下来；如果开启反冲洗管线，使出口分离器内的凝析油随气流进入离心压缩机的流道内，轻质油密度约600-700Kg/m³，其密度是天然气的将近1000倍，冲刷力与密度成正比，其冲刷携带作用远远大于沉积作用，可以使得积聚在流道内的杂质被冲刷下来，夹带到机体的外部；这样可以使原本压力只能单向逐渐升高，靠停机清洗才能解决问题的状况得到扭转，通过本发明的这种除垢方法能够降低憋压，从而节约大量电能，延长检修周期。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种油田伴生气用离心压缩机的在线流道除垢方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）设置反冲洗管线，包括离心压缩机，所述离心压缩机的输入端通过入口管线连接有入口分离器，所述离心压缩机的输出端通过出口管线连接有出口冷却器，所述出口冷却器还通过出口管线连接有出口分离器；

所述出口分离器的底部设有排污管线，所述排污管线还通过反冲洗管线与所述入口管线连接，所述反冲洗管线上还通过检测管线连接有检测口；

所述离心压缩机为高压离心压缩机，所述入口分离器为三段出口分离器，所述出口冷却器为四段出口冷却器，所述出口分离器为四段出口分离器；

2）排污处理：关闭反冲洗管线，打开排污管线，排出出口分离器底部的杂质；

3）反冲洗检测：关闭排污管线，打开反冲洗管线上的检测管线，通过检测口检查凝析油有无杂质；

4）反冲洗处理：关闭排污管线和检测管线，打开反冲洗管线，对离心压缩机进行冲洗，冲洗时间为0.5-1h，冲洗频率为每周不超过1次。

2.根据权利要求1所述的油田伴生气用离心压缩机的在线流道除垢方法，其特征在于：

所述入口管线上设有压力表，所述压力表上的压力大于1.2MPa即进行反冲洗。

3.根据权利要求2所述的油田伴生气用离心压缩机的在线流道除垢方法，其特征在于：

所述压力表上的压力等于1.3MPa即进行反冲洗。

4.根据权利要求2所述的油田伴生气用离心压缩机的在线流道除垢方法，其特征在于：

所述压力表的压力每增加0.1MPa，即冲洗1次。

5.根据权利要求1所述的油田伴生气用离心压缩机的在线流道除垢方法，其特征在于：

所述离心压缩机的电机功率富余量为20%以上。

6.根据权利要求1所述的油田伴生气用离心压缩机的在线流道除垢方法，其特征在于：

所述步骤4）中，冲洗次数为30-50次/年。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的油田伴生气用离心压缩机的在线流道除垢方法，其特征在于：

所述步骤4）中，高压离心压缩机的四段出口分离器的液位为50%。

8.根据权利要求1所述的油田伴生气用离心压缩机的在线流道除垢方法，其特征在于：

所述排污管线上设有排污阀，所述反冲洗管线上设有反冲洗阀，所述检测管线上设有检测控制阀。

9.根据权利要求8所述的油田伴生气用离心压缩机的在线流道除垢方法，其特征在于：

所述排污阀、所述反冲洗阀和所述检测控制阀均为电磁阀，所述电磁阀还连接有控制柜。