CN115046214A - 应用于火炬系统的自动集补气控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种应用于火炬系统的自动集补气控制装置及其控制方法，包括：火炬系统，与火炬系统相连的自动集补气装置，与动集补气装置相连的的全自动集补气装置，其中，一：将火炬系统集成在全自动集补气控制装置中；二：低压容器内的气体进入高压容器；三：当高压容器压力变送器高于设定值时，其内气体进入储气容器；当低于设定值时，高压容器内气体停止进入储气容器；四：当低压容器压力变送器高于设定值时，其内气体进入火炬中燃烧；五：当低压容器压力变送器低于设定值时，储气容器内气体开始进入低压容器。本发明不仅能够在海上石油平台降低火炬放空气排放，保护海洋环境；而且，能够应用于海洋石油平台火炬系统中。

Description

应用于火炬系统的自动集补气控制装置及其控制方法

技术领域

本发明属于海洋石油工程技术领域，尤其涉及应用于火炬系统的自动集补气控制装置及其控制方法。

背景技术

现有的降低火炬放空气量，通常，采用压缩回收方式。中国专利公告号为：CN107532468 A的公开了一种“用于捕获和处理火炬气的系统和方法”，包括，压缩机和运输工具。其主要是由火炬气由升压压缩机和CNG压缩机的组合来加压。当在级间和在升压压缩机与CNG压缩机之间时，气体被处理以移除湿气，并且，以分离出较高分子量烃。通过在脱水单元内使级间气体与吸湿剂接触来移除湿气。无湿气的烃流体膨胀，并且或者被外部冷却，并且被导引至排出鼓。较高分子量烃在排出鼓中被从流体中分离出。来自排出鼓的气体在CNG压缩机中被压缩。该捕获和处理火炬气的系统可回收放空气，但是，其结构不仅较为复杂，危险性较大，运输成本较高；而且，火炬放空气量较少时，其回收经济效益较差。

发明内容

本发明目的在于提供一种应用于火炬系统的自动集补气控制装置及其控制方法,以解决伴生气放空量结构较为复杂，危险性较大，运输成本较高，且火炬放空气量较少时，其回收经济效益较差的技术问题。

为实现上述目的，本发明的应用于火炬系统的自动集补气控制装置及其控制方法的具体技术方案如下：

一种应用于火炬系统的自动集补气控制装置，包括：第一路的火炬系统，与第一路相连的第二路的自动集补气装置，与第二路相连的第三路的全自动集补气装置三路，其中，第一路的火炬系统设有：火炬、通过放空调节阀依次与火炬相连的油气的分离器、低压容器、压缩机、高压容器、透平发电机；第二路的自动集补气装置设有：低压容器，通过导线与低压容器连接的回流调节阀，该回流调节阀通过导线与高压容器相连；第三路的全自动集补气装置设有：依次与放空调节阀相连的低压容器压力变送器、补气调节阀、紧急关断阀、第一单向阀、集气调节阀，并且，第二路连接于低压容器与高压容器之间的支路上。

进一步，所述补气调节阀的前面与第二单向阀阀相连，该第二单向阀阀连接在第二路的导线上，且导线为进、出口管线，该进口管线与高压容器连接；出口管线与低压容器连接。

进一步，所述集气调节阀后面还与高压容器压力变送器相连，高压容器压力变送器与回流调节阀相连，高压容器压力变送器还与高压容器相连；该集气调节阀，回流调节阀受控于高压容器压力变送器。

进一步，所述第三路的全自动集补气装置中，紧急关断阀与第一单向阀之间，还连接有数个储气容器；该数个储气容器，且该储气容器为压力容器或符合承压要求的密闭空间，且承压能力不低于高压容器承压能力。

进一步，所述高压容器压力变送器设置有两个压力设定值P3和 P4，且P3大于P4，当高压容器压力变送器压力高于P3值时，控制回流调节阀打开；当高压容器压力变送器压力低于P3值时，控制回流调节阀关闭；当高压容器压力变送器压力高于P4值时，控制集气调节阀打开，高压容器压力变送器压力低于P4值时控制集气调节阀关闭；该高压容器压力变送器检测到压力高于高压容器压力设定值为： 3500KPaG时，控制回流调节阀打开，将多余压力泄放到低压容器。

进一步，所述低压容器压力变送器还设置两个压力设定值P1和 P2，且P1大于P2，低压容器压力变送器压力高于P1值时，控制放空调节阀打开，低压容器压力变送器压力低于P1值时，控制放空调节阀关闭；低压容器压力变送器压力高于P2值时，控制补气调节阀关闭，低压容器压力变送器压力低于P2值时，控制补气调节阀打开；该低压容器压力变送器检测到压力高于低压容器压力设定值为： 540KPaG时，控制放空调节阀打开将多余压力泄放火炬；且该低压容器为立式安装储存压力容器，且为II类压力容器；低压容器压力设定值为：540KPaG，压力高高值为：900KPaG，压力低低值为：250KPaG。

进一步，所述第一路中，火炬为高架火炬；分离器为卧式油气水三相分离器；储气容器、高压容器为立式安装储存压力容器，且为 II类压力容器。

进一步，所述压缩机为电驱双缸两级天然气压缩机；透平发电机为：燃气轮机驱动的发电机；该透平发电机入口供气压力低于 2900KPaG时，且透平发电机自动切换为燃油发电模式。

进一步，所述火炬为高架火炬；分离器为卧式油气水三相分离器；低压容器、储气容器、高压容器为立式安装储存压力容器，且为II 类压力容器。

一种应用于火炬系统的自动集补气控制装置的控制方法，设置有如上面所述的火炬系统的自动集补气控制装置，采用如下步骤：

第一步：将火炬系统集成在全自动集补气控制装置中，其分离器内部气体在分离器与低压容器的压差作用下，由分离器沿导线进入低压容器；

第二步：低压容器内的气体在压缩机的压作用下沿导线进入高压容器；

第三步：高压容器压力变送器高于设定值P4时，集气调节阀打开，高压容器内气体开始沿导线进入储气容器；高压容器压力变送器低于设定值P4时，集气调节阀关闭，高压容器内气体停止沿导线进入储气容器；

第四步：高压容器压力变送器高于设定值P3时，回流调节阀打开，高压容器内气体开始沿导线进入低压容器；高压容器压力变送器低于设定值P3时，回流调节阀关闭，高压容器内气体停止沿导线进入低压容器；

第五步：低压容器压力变送器高于设定值P1时，放空调节阀打开，低压容器内气体开始沿导线进入火炬中燃烧；低压容器压力变送器低于设定值P1时，放空调节阀关闭，低压容器内气体停止沿导线进入火炬中燃烧；

第六步：低压容器压力变送器高于设定值P2时，补气调节阀关闭，储气容器内气体停止沿导线进入低压容器；低压容器压力变送器低于设定值P2时，补气调节阀打开，储气容器内气体开始沿导线进入低压容器。

本发明的应用于火炬系统的自动集补气控制装置及其控制方法具有以下优点：

1.本发明不仅能够在海上石油平台降低火炬放空气排放，以减少伴生气放空量，减少碳排放以及保护海洋环境；而且，其结构简单，自动化程度较高，能够人为干预；同时，适用范围较广，其能够应用于海洋石油平台现有火炬系统。

2.本发明需要集成在火炬系统中。其可以实现两种功能：即：集气功能、补气功能；其主要目的是：⑴降低碳排放，通过储气容器集补气实现减少火炬碳排放；⑵提升火炬系统稳定性，实现火炬放空曲线的削峰补谷，火炬放空曲线更平稳；⑶保护海洋环境，减少了火炬冒黑烟情况。

附图说明

图1为本发明的全自动集补气装置整体总装示意图；

图2为本发明的全自动集补气装置局部结构示意图；

图3为本发明的火炬系统示意图。

图中标记说明：

1、火炬；2、放空调节阀；3、分离器；4、低压容器；5、补气调节阀；6、低压容器压力变送器；7、储气容器；8、压缩机；9、集气调节阀；10、回流调节阀；11、高压容器压力变送器；12、高压容器；13、透平发电机；14、第一单向阀；15、紧急关断阀；16、第二单向阀。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种应用于火炬系统的自动集补气控制装置及其控制方法做进一步详细的描述。

如图1-图3所示，本发明包括：第一路的火炬系统，与第一路相连的第二路的自动集补气装置，与第二路相连的第三路的全自动集补气装置三路，其中，第一路的火炬系统设有：火炬1、通过放空调节阀2依次与火炬1相连的油气的分离器3、低压容器4、压缩机8、高压容器12、透平发电机13；第二路的自动集补气装置设有：低压容器4，通过导线与低压容器4连接的回流调节阀10，该回流调节阀 10通过导线与高压容器12相连；第三路的全自动集补气装置设有：依次与放空调节阀2相连的低压容器压力变送器6、补气调节阀5、紧急关断阀15、第一单向阀14、集气调节阀9，并且，第二路连接于低压容器4与高压容器12之间的支路上；

上述补气调节阀5的前面与第二单向阀阀16相连，且第二单向阀阀16连接在第二路的导线上。

上述集气调节阀9后面还与高压容器压力变送器11相连，高压容器压力变送器11与回流调节阀10相连，高压容器压力变送器11 还与高压容器12相连；该集气调节阀9，回流调节阀10受控于高压容器压力变送器11。

上述第三路的全自动集补气装置中，紧急关断阀15与第一单向阀14之间，还连接有数个储气容器7；该数个储气容器7(本实施例为一个)，且该储气容器7为压力容器或符合承压要求的密闭空间，且承压能力不低于高压容器12承压能力；

上述导线为进、出口管线，该进口管线与高压容器12连接；出口管线与低压容器4连接。

上述补气调节阀5，放空调节阀2，受控于低压容器压力变送器 6。且集气调节阀9，回流调节阀10，补气调节阀5，放空调节阀2 为截止阀，且集气调节阀9，回流调节阀10补气调节阀5，放空调节阀2均为气动薄膜调节阀，其型号均为费希尔V150，且为V型球阀。

上述放空调节阀2、补气调节阀5、第一单向阀14、紧急关断阀 15、第二单向阀16，该第一单向阀14和第二单向阀16型号均为凯维斯H76H，且为蝶式止回阀；紧急关断阀15型号为BETTIS执行机构G系列G2003.0，且为球阀。低压容器压力变送器6、高压容器压力变送器11，其型号均为罗斯蒙特3051压力变送器。

上述火炬1型号为上海华力音速火炬；分离器1、低压容器4、储气容器7型号均为青岛裕安石化II类压力容器、高压容器12型号为海洋石油工程股份有限公司II类压力容器。

上述压缩机8压缩气缸厂家HANOVER型号为ARIEL JGN/2,电机厂家WEG M QUINAS型号为HGF；透平发电机13厂家SOLAR型号为 TITAN130。

上述高压容器压力变送器11设置有两个压力设定值P3和P4，且P3大于P4，当高压容器压力变送器11压力高于P3值时，控制回流调节阀10打开，当高压容器压力变送器11压力低于P3值时，控制回流调节阀10关闭；当高压容器压力变送器11压力高于P4值时，控制集气调节阀9打开，高压容器压力变送器11压力低于P4值时控制集气调节阀9关闭。

上述低压容器压力变送器6还设置两个压力设定值P1和P2，且 P1大于P2，低压容器压力变送器6压力高于P1值时，控制放空调节阀2打开，低压容器压力变送器6压力低于P1值时，控制放空调节阀2关闭；低压容器压力变送器6压力高于P2值时，控制补气调节阀5关闭，低压容器压力变送器6压力低于P2值时，控制补气调节阀5打开。

现以某油田的火炬系统为例说明，本发明使用时的控制方法：

如图1，图3所示，某海洋石油平台设置有一套火炬系统，主要设有：第一路：火炬1、通过放空调节阀2依次与火炬1相连的油气的分离器3、与油气的分离器3依次相连的低压容器4、压缩机8、高压容器12、透平发电机13；

上述低压容器4、高压容器12的储气容器中设置有必要的安全保护装置，如安全阀，爆破片；

第二路：通过导线与低压容器4连接的回流调节阀10，该回流调节阀10通过导线与高压容器12相连；

第三路：全自动集补气装置设有：依次与放空调节阀2相连的低压容器压力变送器6、补气调节阀5、紧急关断阀15、第一单向阀14、集气调节阀9，并且，第二路连接于压缩机8与高压容器12之间的支路上；

第一步：将火炬系统集成在全自动集补气控制装置中，其分离器3内部气体在分离器3与低压容器4的压差作用下，由分离器3沿导线进入低压容器4；

第二步：低压容器4内的气体在压缩机8的压作用下沿导线进入高压容器12；

第三步：高压容器压力变送器11高于设定值P4时，集气调节阀 9打开，高压容器12内气体开始沿导线进入储气容器7；高压容器压力变送器11低于设定值P4时，集气调节阀9关闭，高压容器12内气体停止沿导线进入储气容器7；

第四步：高压容器压力变送器11高于设定值P3时，回流调节阀 10打开，高压容器12内气体开始沿导线进入低压容器4；高压容器压力变送器11低于设定值P3时，回流调节阀10关闭，高压容器12 内气体停止沿导线进入低压容器4；

第五步：低压容器压力变送器6高于设定值P1时，放空调节阀 2打开，低压容器4内气体开始沿导线进入火炬1中燃烧；低压容器压力变送器6低于设定值P1时，放空调节阀2关闭，低压容器4内气体停止沿导线进入火炬1燃烧；

第六步：低压容器压力变送器6高于设定值P2时，补气调节阀 5关闭，储气容器7内气体停止沿导线进入低压容器4；低压容器压力变送器6低于设定值P2时，补气调节阀5打开，储气容器7内气体开始沿导线进入低压容器4。

上述油气的分离器3作为火炬系统伴生气供应源；低压容器4压力设定值为：540KPaG，压力高高值为：900KPaG，压力低低值为： 250KPaG；

上述低压容器4的伴生气经压缩机8压缩后进入高压容器12；高压容器12压力设定值为：3500KPaG，压力高高值为：3850KPaG，压力低低值为：2900KPaG；压缩后的气体作为燃料气供透平发电机 13发电，透平发电机13入口供气压力低于2900KPaG时，透平发电机13自动切换为燃油发电模式；高压容器压力变送器11检测到压力高于高压容器12压力设定值为：3500KPaG时，控制回流调节阀10 打开将多余压力泄放到低压容器4；低压容器压力变送器6检测到压力高于低压容器4压力设定值为：540KPaG时，控制放空调节阀2打开将多余压力泄放火炬1。

压力变送器的数量为二个，一个安装在低压容器4上，一个安装在高压容器12上。

将该种应用于火炬系统的自动集补气控制装置与该油田火炬系统集成，见图3。此时，高压容器12设置为两个压力设定值，设定值P3为：3550KPaG，设定值P4：为3500KPaG，压力高高值为：3850KPaG，压力低低值为：2900KPaG；回流调节阀10受控于高压容器压力变送器11，集气调节阀9受控于高压容器压力变送器11；低压容器4设置为两个压力设定值，设定值P1为：540KPaG，设定值P2为：500KPaG，压力高高值为：900KPaG，压力低低值为：250KPaG；补气调节阀5受控于低压容器压力变送器6，放空调节阀2受控于低压容器压力变送器6。

当高压容器压力变送器11检测到压力高于高压容器12压力设定值为：3500KPaG(压力设定值P4)时，控制集气调节阀9打开将多余压力泄放到储气容器7；高压容器压力变送器11检测到压力高于高压容器12压力设定值为：3550KPaG(压力设定值P3)时，控制回流调节阀10打开将多余压力泄放到低压容器4。

低压容器压力变送器6检测到压力高于低压容器4压力设定值为： 540KPaG(压力设定值P1)时，控制放空调节阀2打开将多余压力泄放到火炬1；低压容器压力变送器6检测到压力低于低压容器4压力设定值为：500KPaG(压力设定值P2)时，控制补气调节阀5打开将储气容器7压力泄放到低压容器4。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上述火炬、放空调节阀、油气分离器、低压容器、补气调节阀、低压容器压力变送器、储气容器、压缩机、集气调节阀、回流调节阀、高压容器压力变送器、高压容器、透平发电机、单向阀、紧急关断阀为现有技术，未作说明的技术为现有技术，故不再赘述。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种应用于火炬系统的自动集补气控制装置，其特征在于，包括：第一路的火炬系统，与第一路相连的第二路的自动集补气装置，与第二路相连的第三路的全自动集补气装置三路，其中，第一路的火炬系统设有：火炬、通过放空调节阀依次与火炬相连的油气的分离器、低压容器、压缩机、高压容器、透平发电机；第二路的自动集补气装置设有：低压容器，通过导线与低压容器连接的回流调节阀，该回流调节阀通过导线与高压容器相连；第三路的全自动集补气装置设有：依次与放空调节阀相连的低压容器压力变送器、补气调节阀、紧急关断阀、第一单向阀、集气调节阀，并且，第二路连接于低压容器与高压容器之间的支路上。

2.根据权利要求1所述的应用于火炬系统的自动集补气控制装置，其特征在于，所述补气调节阀的前面与第二单向阀阀相连，该第二单向阀阀连接在第二路的导线上，且导线为进、出口管线，该进口管线与高压容器连接；出口管线与低压容器连接。

3.根据权利要求1所述的应用于火炬系统的自动集补气控制装置，其特征在于，所述集气调节阀后面还与高压容器压力变送器相连，高压容器压力变送器与回流调节阀相连，高压容器压力变送器还与高压容器相连；该集气调节阀，回流调节阀受控于高压容器压力变送器。

4.根据权利要求1所述的应用于火炬系统的自动集补气控制装置，其特征在于，所述第三路的全自动集补气装置中，紧急关断阀与第一单向阀之间，还连接有数个储气容器；该数个储气容器，且该储气容器为压力容器或符合承压要求的密闭空间，且承压能力不低于高压容器承压能力。

5.根据权利要求1或3所述的应用于火炬系统的自动集补气控制装置，其特征在于，所述高压容器压力变送器设置有两个压力设定值P3和P4，且P3大于P4，高压容器压力变送器压力高于P3值时，控制回流调节阀打开，高压容器压力变送器压力低于P3值时，控制回流调节阀关闭；高压容器压力变送器压力高于P4值时，控制集气调节阀打开，高压容器压力变送器压力低于P4值时控制集气调节阀关闭；该高压容器压力变送器检测到压力高于高压容器压力设定值为：3500KPaG时，控制回流调节阀打开，将多余压力泄放到低压容器。

6.根据权利要求1所述的应用于火炬系统的自动集补气控制装置，其特征在于，所述低压容器压力变送器还设置两个压力设定值P1和P2，且P1大于P2，当低压容器压力变送器压力高于P1值时，控制放空调节阀打开，低压容器压力变送器压力低于P1值时，控制放空调节阀关闭；当低压容器压力变送器压力高于P2值时，控制补气调节阀关闭；当低压容器压力变送器压力低于P2值时，控制补气调节阀打开；该低压容器压力变送器检测到压力高于低压容器压力设定值为：540KPaG时，控制放空调节阀打开将多余压力泄放火炬；且该低压容器为立式安装储存压力容器，且为II类压力容器；低压容器压力设定值为：540KPaG，压力高高值为：900KPaG，压力低低值为：250KPaG。

7.根据权利要求1所述的应用于火炬系统的自动集补气控制装置，其特征在于，所述第一路中，火炬为高架火炬；分离器为卧式油气水三相分离器；储气容器、高压容器为立式安装储存压力容器，且为II类压力容器。

8.根据权利要求1所述的应用于火炬系统的自动集补气控制装置，其特征在于，所述压缩机为电驱双缸两级天然气压缩机；透平发电机为：燃气轮机驱动的发电机；该透平发电机入口供气压力低于2900KPaG时，且透平发电机自动切换为燃油发电模式。

9.根据权利要求1所述的应用于火炬系统的自动集补气控制装置及其控制方法，其特征在于，所述火炬为高架火炬；分离器为卧式油气水三相分离器；低压容器、储气容器、高压容器为立式安装储存压力容器，且为II类压力容器。

10.一种应用于火炬系统的自动集补气控制装置的控制方法，其特征在于，设置有如权利要求1-权利要求9任一项所述的火炬系统的自动集补气控制装置，采用如下步骤：

第一步：将火炬系统集成在全自动集补气控制装置中，其分离器内部气体在分离器与低压容器的压差作用下，由分离器沿导线进入低压容器；

第二步：低压容器内的气体在压缩机的压作用下沿导线进入高压容器；

第三步：高压容器压力变送器高于设定值P4时，集气调节阀打开，高压容器内气体开始沿导线进入储气容器；高压容器压力变送器低于设定值P4时，集气调节阀关闭，高压容器内气体停止沿导线进入储气容器；

第四步：高压容器压力变送器高于设定值P3时，回流调节阀打开，高压容器内气体开始沿导线进入低压容器；高压容器压力变送器低于设定值P3时，回流调节阀关闭，高压容器内气体停止沿导线进入低压容器；

第五步：低压容器压力变送器高于设定值P1时，放空调节阀打开，低压容器内气体开始沿导线进入火炬中燃烧；低压容器压力变送器低于设定值P1时，放空调节阀关闭，低压容器内气体停止沿导线进入火炬中燃烧；

第六步：低压容器压力变送器高于设定值P2时，补气调节阀关闭，储气容器内气体停止沿导线进入低压容器；低压容器压力变送器低于设定值P2时，补气调节阀打开，储气容器内气体开始沿导线进入低压容器。

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