CN113041652B - 一种油气分离器及其压力设定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气分离器及其压力设定方法，其中，在该油气分离器的压力设定方法中，入口关断阀的压力设定值M1＞max[A1，A2]，安全阀的压力设定值M2＞M1+ΔA。当油气水混合进管内的流量达最大流量Xmax、排气阀失灵，此时能达到的最大压力A1；流量波动时分离器能达到的最大压力A2；入口关断阀关闭所需时间内分离器内压力的升高值ΔA。该设定方法可确保阀门失灵或流量波动不引起入口关断阀关闭，同时可确保入口关段阀在关闭过程中，安全阀不起跳泄压，解决了油气分离器的高高压力关断和安全阀泄放压力设定不合理的问题，进而解决了阀门失灵、流量波动导致的油田停产及超压一级保护和二级保护不相互独立的问题。

Description

一种油气分离器及其压力设定方法

技术领域

本发明涉及油气集输领域，尤其涉及一种油气分离器及其压力设定方法。

背景技术

油气田开发过程中，集输工艺常采用油气分离器对采出油气水混合物进行处理。在油气处理过程中，气相出口管线可能由于管线堵塞或调节阀失灵，导致油气分离器压力迅速升高，为工艺生产流程的安全运行带来威胁。为了确保集输工艺流程和油气分离器的安全运行，通常需要设置油气分离器的高高压力关断和安全阀设定压力。对于可能发生超压的压力容器应设两级保护：一、当容器内压力达到高高压力关断时，容器的压力传感器发出信号联锁容器入口关断阀执行紧急关闭；二、当容器内压力继续升高到安全阀设定压力时，安全阀打开将容器内的高压气体泄放至大气。上述两种保护措施中，入口关断阀紧急关闭属于一级主动保护，安全阀泄压是容器的二级被动保护，同时也是压力容器防止超压的最终措施。

然而，现有油气分离器压力设定方法主要依靠设计人员的经验来确定。如果油气分离器的高高压力关断值设定过低，油气分离器入口流量的变化或调节阀失灵会导致油气分离器入口关断阀关闭，造成整个油气田停产；如果油气分离器的安全阀泄压值设定过低，一方面容易使油气分离器的安全阀频繁打开，导致油气分离器内大量气体泄放到大气中，造成资源浪费、污染环境；另一方面，会导致油气分离器一级保护措施和二级保护措施相互干扰，即压力升高达到高高压力关断值后引起油气分离器入口关断阀闭，在入口关断阀完全关闭之前油气分离器安全阀打开泄放气体，造成一级保护措施和二级保护措施不相互独立。如果油气分离器的高高压力关断和安全阀设定压力设置过高，则会提升油气分离器容器选材和壁厚要求，提高了制造成本。由此可见，如何合理设定油气分离器的高高压力关断和安全阀泄放压力是油气集输领域的一道难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油气分离器及其压力设定方法，用以解决油气分离器的高高压力关断和安全阀泄放压力设定不合理的问题。

本发明提供一种油气分离器，包括一罐体，所述罐体的上部和下部分别设置成集气区和集液区；所述罐体上部的两端分别设置有油气水混合进管和排气管，所述油气水混合进管和排气管上分别设置有入口关断阀和排气阀；所述罐体下部的两端分别设置有排水管和排油管，所述排水管和所述排油管分别与所述集液区的两侧相连通，所述排水管和所述排油管上分别设置排水阀和排油阀；所述罐体上设有泄压管，所述泄压管与所述集气区相连通，所述泄压管设置有安全阀。

优选地，所述集液区内设置有堰板，所述堰板将所述集液区分为油水混合区和油相区，所述排水管和所述排油管分别与所述油水混合区和所述油相区相连通。

本发明还公开了一种油气分离的压力设定方法，采用上述的油气分离器，设定油气田最大流量为最大流量Xmax，以及当油气田产量为最大流量Xmax时油气分离器入口的压力为第一压力P1、油气分离器入口的温度为第一温度T1、排气阀的开度为最大开度φmax；设定油气田最小产量为最小流量Xmin，以及当油气田产量为最小产量Xmin时油气分离器入口的压力为第二压力P2、油气分离器入口的温度为第二温度T2和排气阀的开度为最小开度φmin，该方法包括以下步骤：

步骤A：保持油气分离器入口流量为最大流量Xmax、油气分离器入口的压力为第一压力P1及油气分离器入口的温度为第一温度T1，排气阀的阀门开度由最大开度φmax改变为最小开度φmin，计算油气分离器内的第一最高压力A1；

步骤B：保持排气阀的最大开度φmax、油气分离器入口的压力为第一压力P1及油气分离器入口的温度为第一温度T1，油气分离器入口流量由最大流量Xmax调整为特定流量k₁Xmax，其中1≤k₁≤1.3，计算得到油气分离器内的第二最高压力A2；

步骤C：确定油气分离器的入口关断阀的压力设定值M1满足：M1＞max[A1，A2]；

步骤D：保持油气分离器入口流量由最大流量Xmax、油气分离器入口的压力为第一压力P1和油气分离器入口的温度为第一温度T1不变，将排气阀的开度调节为0，所述入口关断阀21具有特定的关停时间Δt，根据该关停时间Δt计算关停时间Δt内油气分离器压力升高值ΔA；

步骤E：确定油气分离器的安全阀的压力设定值M2满足：安全阀的压力设定值M2＞M1+ΔA。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明公开了一种油气分离器及其压力设定方法，其中，油气分离器包括罐体，罐体上部的两端分别设置有油气水混合进管和排气管，油气水混合进管和排气管上分别设置有入口关断阀和排气阀，罐体上设有泄压管，泄压管设置有安全阀。在该油气分离器的压力设定方法中，入口关断阀的压力设定值M1＞max[A1，A2]，安全阀的压力设定值M2＞M1+ΔA。当油气水混合进管内的流量达最大流量Xmax、排气阀失灵，此时能达到的最大压力A1；流量波动时分离器内能达到的最大压力A2；入口关断阀关闭所需时间内分离器内压力的升高值ΔA。当油气分离器内的压力达到入口关断阀的压力设定值M1时，此时入口关断阀关闭，这样设定压力，不仅可确保阀门失灵或流量波动不引起入口关断阀关闭，解决了油气分离器的高高压力关断和安全阀泄放压力设定不合理的问题，进而解决了阀门失灵和流量波动导致的油田停产带来的严重的经济损失；此外，安全阀的压力设定值M2的设置可避免入口关断阀关闭前，安全阀起跳，解决了一级、二级保护不独立的问题。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的油气分离器的结构示意图；

图2为本发明实施例2提供的油气分离器的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

实施例1提供一种油气分离器，下面对其结构进行详细描述。

参考图1，该油气分离器包括一罐体1，罐体1的上部和下部分别设置成集气区11和集液区12，

所述罐体1上部的两端分别设置有油气水混合进管2和排气管3，所述油气水混合进管2和排气管3上分别设置有入口关断阀21和排气阀31；其中，关断阀21处于常开状态，仅在事故工况下，压力达到高高压力关断值时关闭。

所述罐体1下部的两端分别设置有排水管4和排油管5，所述排水管4和所述排油管5分别与所述集液区12的两侧相连通；

排水管4和排油管5上分别设置排水阀41和排油阀51。

所述罐体1上设有泄压管6，所述泄压管6与所述集气区11相连通，所述泄压管6设置有安全阀61。其中，安全阀61处于常关状态，仅在紧急工况下，压力达到设定值时起跳泄压。

此外，入口关断阀21的阀门尺寸是固定的，由于阀门尺寸决定了关停时间Δt，因此，对于确定尺寸的特定的入口关断阀21，该入口关断阀21具有特定的关停时间Δt。

实施例2

实施例2提供一种油气分离的方法，采用实施例1提供的油气分离器，该油气分离的方法包括以下步骤：

打开入口关断阀21，油气水混合物经油气水混合进管2进入罐体1；

在罐体1内气态物质因其密度小而上升、液态物质因其密度大而下沉，因此气气态物质聚集在集气区11，液态物质聚集在集液区12；

静置一段时间，由油和水组成的液态物质由于密度差异会在集液区12内分层，油水分离形成油水界面100，其中由于油的密度比水的密度小，因此油水界面100以上形成油层，油水界面100以下形成水层；

一旦罐体1内压力达到高高压力关断时，入口关断阀21可执行紧急关闭；在入口关断阀21关闭过程中，如果罐体1内压力继续升高到安全阀61的压力设定值时，安全阀61打开将罐体1内的高压气体排放出；

打开排水阀41，排出罐体1的水，直至目测观察罐体1内的油水界面100消失，即表明水基本排放完毕；

打开排油阀51排油，直至罐体1内的油全部排完。

实施例3

实施例3提供的油气分离器，在实施例1的基础上，对罐体1内部的集液区12的油层、水层的分布进行了优化设计。

参考图2，集液区12内设置有堰板13，所述堰板13将所述集液区12分为油水混合区121和油相区122，所述排水管4和所述排油管5分别与所述油水混合区121和所述油相区122相连通。

油气水混合物在罐体1内分为气体和液体，油水混合物的液态物质先聚集在集液区12的油水混合区121；油层的油漫过堰板13进入油相区122，油相区122的油随之油气水混合物的缓缓注入越积越多。

当需要排除罐体1内的水或油时，分别打开排水阀41排水或打开排油阀51排油，如此大大提高了油气分离器对油水混合物的分离效率。

实施例4

实施例4提供一种油气分离的方法，采用实施例3提供的油气分离器，该油气分离的方法包括以下步骤：

打开入口关断阀21，油气水混合物经油气水混合进管2进入罐体1；

在罐体1内气态物质上升聚集在集气区11、液态物质因下沉聚集在集液区12；

由油和水组成的液态物质先聚集在集液区12的油水混合区121；

静置一段时间，油水混合物由于密度差异会在油水混合区121内自然分层形成油水界面100，油水混合区121内的液相物质越积越多，直至位于油层的油漫过堰板13进入油相区122，油相区122的油随之油气水混合物的缓缓注入越积越多；

一旦罐体1内压力达到高高压力关断时，入口关断阀21将执行紧急关闭；罐体1内压力继续升高到安全阀61的压力设定值时，安全阀61打开将罐体1内的高压气体排放出；

当需要排除罐体1内的水或油时，分别打开排水阀41排水或打开排油阀51排油。

实施例5

实施例5提供一种油气分离器的压力设定方法，采用实施例1提供的油气分离器，设定油气田最大流量为最大流量Xmax，以及当油气田产量为最大流量Xmax时油气分离器入口的压力为第一压力P1、油气分离器入口的温度为第一温度T1、排气阀31的开度为最大开度φmax；设定油气田最小产量为最小流量Xmin，以及当油气田产量为最小产量Xmin时油气分离器入口的压力为第二压力P2、油气分离器入口的温度为第二温度T2和排气阀31的开度为最小开度φmin。

其中，排气阀31的开度取决于排气管3气体的流量大小，而气体的流量与温度压力相关，因此排气管3气体最大流量取决于油气水混合进管2的入口最大流量及其状态下的油气分离器的第一温度T1和第一压力P1；同理，排气管3气体最小流量对应于油气水混合进管2的入口最小流量及其状态下的油气分离器的第二温度T2和第二压力P2。

该油气分离器的压力设定方法具体包括以下步骤：

步骤A：保持油气分离器入口流量为最大流量Xmax、油气分离器入口的压力为第一压力P1及油气分离器入口的温度为第一温度T1，排气阀31的阀门开度由最大开度φmax改变为最小开度φmin，计算油气分离器内的第一最高压力A1。

正常情况下，最小开度φmin对应于油气分离器入口最小流量Xmin，而当油气分离器入口流量为最大流量Xmax，因此会出现油气分离器内压力积聚的情况，压力会随着时间增大至第一最高压力A1后稳定不变。

采用商业软件如HYSYS、K-Spice、Symmetry等实现对油气分离器内的第一最高压力A1的计算，这些商业软件均是油气集输领域技术人员非常熟悉的软件，为现有技术。

步骤B：保持排气阀31的最大开度φmax、油气分离器入口的压力为第一压力P1及油气分离器入口的温度为第一温度T1，油气分离器入口流量由最大流量Xmax调整为特定流量k₁Xmax，其中k₁为流量的裕量系数，通常定为1～1.3之间，即1≤k₁≤1.3，计算得到油气分离器内的第二最高压力A2。

排气阀31的最大开度φmax对应于油气分离器入口的最大流量Xmax，而特定流量k₁Xmax＞最大流量Xmax，因此油气分离器内压力升高，压力会随着时间增大至第二最高压力A2后稳定不变。

步骤C：确定油气分离器的入口关断阀21的压力设定值M1满足：M1＞max[A1，A2]。

因排气阀31的调节范围处于[φmin，φmax]。假定排气阀31出现调节失灵，油气分离器内可能出现最严重的压力积聚情况即为油气水混合进管2的入口流量为最大流量Xmax、排气阀31的阀门开度为最小开度φmin。这样设定入口关断阀21的压力设定值M1可以避免排气阀31调节失灵引起整个油田停产，即入口关断阀21关闭引起停产。

步骤D：保持油气分离器入口流量由最大流量Xmax、油气分离器入口的压力为第一压力P1和油气分离器入口的温度为第一温度T1不变，将排气阀31的开度调节为0，所述入口关断阀21具有特定的关停时间Δt，根据该关停时间Δt计算关停时间Δt内油气分离器压力升高值ΔA。

其中，入口关断阀21是关断阀，其阀门开度仅能选择100％和0，阀门的开度由100％变到0的时间为关停时间Δt。

同理，排气阀31的阀门开度为最大开度φmax对应于油气分离器入口的最大流量Xmax，而当排气阀31的阀门开度为0时，则阀门完全关闭，因此会出现油气分离器内压力积聚的情况。

步骤E：确定油气分离器的安全阀61的压力设定值M2满足：安全阀61的压力设定值M2＞M1+ΔA。

最严重的压力积聚情况是，油气水混合进管2内的流量达最大流量Xmax、排气管3无流量。油气分离器内的压力达到入口关断阀21的压力设定值M1时，入口关断阀21开始关闭。这样设定压力，可确保入口关断阀21关闭过程中，安全阀61不起跳泄压，这是由于M2＞M1+ΔA，入口关断阀21完全关闭后压力不再升高，安全阀61不会起跳。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (2)

1.一种油气分离的压力设定方法，采用一种油气分离器，所述油气分离器包括一罐体(1)，所述罐体(1)的上部和下部分别设置成集气区(11)和集液区(12)；

所述罐体(1)上部的两端分别设置有油气水混合进管(2)和排气管(3)，所述油气水混合进管(2)和排气管(3)上分别设置有入口关断阀(21)和排气阀(31)；

所述罐体(1)下部的两端分别设置有排水管(4)和排油管(5)，所述排水管(4)和所述排油管(5)分别与所述集液区(12)的两侧相连通，所述排水管(4)和所述排油管(5)上分别设置排水阀(41)和排油阀(51)；

所述罐体(1)上设有泄压管(6)，所述泄压管(6)与所述集气区(11)相连通，所述泄压管(6)设置有安全阀(61)；

其中，设定油气田最大流量为最大流量Xmax，以及当油气田产量为最大流量Xmax时油气分离器入口的压力为第一压力P1、油气分离器入口的温度为第一温度T1、排气阀(31)的开度为最大开度φmax；设定油气田最小产量为最小流量Xmin，以及当油气田产量为最小产量Xmin时油气分离器入口的压力为第二压力P2、油气分离器入口的温度为第二温度T2和排气阀(31)的开度为最小开度φmin，

其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤A：保持油气分离器入口流量为最大流量Xmax、油气分离器入口的压力为第一压力P1及油气分离器入口的温度为第一温度T1，排气阀(31)的阀门开度由最大开度φmax改变为最小开度φmin，计算油气分离器内的第一最高压力A1；

步骤B：保持排气阀(31)的最大开度φmax、油气分离器入口的压力为第一压力P1及油气分离器入口的温度为第一温度T1，油气分离器入口流量由最大流量Xmax调整为特定流量k₁Xmax，其中1≤k₁≤1.3，计算得到油气分离器内的第二最高压力A2；

步骤C：确定油气分离器的入口关断阀(21)的压力设定值M1满足：M1＞max[A1，A2]；

步骤D：保持油气分离器入口流量为 最大流量Xmax、油气分离器入口的压力为第一压力P1和油气分离器入口的温度为第一温度T1不变，将排气阀(31)的开度调节为0，所述入口关断阀（ 21） 具有特定的关停时间Δt，根据该关停时间Δt计算关停时间Δt内油气分离器压力升高值ΔA；

步骤E：确定油气分离器的安全阀(61)的压力设定值M2满足：安全阀(61)的压力设定值M2＞M1+ΔA。

2.如权利要求1所述的油气分离的压力设定方法，其特征在于，所述集液区(12)内设置有堰板(13)，所述堰板(13)将所述集液区(12)分为油水混合区(121)和油相区(122)，所述排水管(4)和所述排油管(5)分别与所述油水混合区(121)和所述油相区(122)相连通。

Images