段一联合站油气分离系统优化提升天然气利用率

刘泽坤 大港油田第三采油厂　

摘　要：通过理论与实际相结合，以段一联合站天然气产出消耗为例，推导出分离缓冲罐的产气量和加热炉的耗气量公式，在理论上找出制约产气量增加和耗气量减少的因素，逐一采取措施，达到天然气富余量增加的目的，最终，提升生产系统稳定性，增加发电量。

关键字：天然气　发电　分离缓冲罐　加热炉

一、前言

对于联合站来说，油气分离系统是核心，无论是加热炉的正常运转，污水水质达标，还是发电机的燃气创效，都离不开油气分离系统，油气分离效果的好坏直接决定着这些系统生产运行的好坏。为此，开展油气分离系统优化研究工作十分必要。

大港油田段一联合站油气分离工艺流程示意图

二、措施及效果

1、增加分离缓冲罐产气量

天然气溶于原油之中，其在原油中的溶解度（油气比）与多种因素有关。根据司坦丁经验公式，推导出了第一级油气分离设备的天然气气量计算公式，表示如下：

其中：V气为天然气气量；

　　　　 R_原为地层原始油气比；

　　　　 ｔ为分离缓冲罐液体温度；

　　　　 Δ_{天然气对空气}为工况条件下天然气对空气的相对密度；

　　　　 Δ_油对水为工况条件下原油对水的相对密度。

可见，在产量、原始油气比、工况下天然气对空气和油对水的相对密度恒定的情况下，分离缓冲罐产气量与分离缓冲罐温度t成正比，与分离缓冲罐压力p成反比。

（1）提升来液温度增加产气量：针对系统来液温度低造成分离缓冲罐分离效果差的问题，在段六拨来液系统中增加掺水伴热的方式，把来液温度从41℃提高到45℃，以提升气液分离效果的方式，使缓冲罐的产气量从5500m³/d增加到5700m³/d，增加约200m³/d。

（2）降低燃气压力增加产气量：在发电机不能满负荷运行的情况下，以不断调整发电机功率的方式，降低了天然气系统压力，通过对比缓冲罐在不同压力下的产气情况，摸索出了最大产气量的控制压力0.10MPa，较0.35MPa相比，压力下降0.25MPa，产气量增加近550m³/d。

（3）增加储气设施提供备用气源：把1#备用分离缓冲罐作为储气设施使用（不进液），增加了加热炉的气体使用量，按照理想气体状态方程PV=nRT，推导分离缓冲罐在0.1MPa~0.2MPa波动时的备用气量约为100m³（满足掺水炉运行半小时或者掺水温度提升5℃维持3h）。

2、减少加热炉耗气量

油与水的比热不同造成同质量的油和水升高1度所需的热量不同，即耗气量不同，通过比热和混合比热公式、气电能量转换系数，推导出了加热炉耗气量公式，表示如下：

其中：C_水为水的比热；

　　　C_油为油的比热；

　　　ω_水为水的相对密度；

　　　Δt为加热炉出口温度差；

　　　η_热为加热炉热效率；

　　　　　m为原油质量。

可见，在处理液量一定的情况下，耗气量q与加热炉效率η成反比，与加热温度Δt和含水率ω成正比，为此，可采取的措施如下：

（1）外输系统油水分输，降低水温节气量：从降低输水时的能量消耗考虑，段一联合站采取油水间输的方式，同时根据外输末点的温度要求，把输水时外输加热炉的出口温度从67℃下调到52℃，按外输排量35m³/h、输油与输水的含水差90%、减少加热炉提温15℃计算，节约天然气约100m³/d。

（2）优选掺水加热设施，提升炉效节气量：通过对掺水炉加热不同质量液体进行耗气对比，找到了掺水系统在稳定情况下掺水炉的运行炉型和炉号。冬季（排量45~55m³/d），运行5#炉，节约天然气50~100m³/d；夏季（排量30~35m³/d），运行2#炉，节约天然气20~60m³/d。

（3）优化脱水系统药量，降低含水节气量：以水质保障为基础，通过不断优化系统破乳剂的用量，确定了沉降罐混油层的最佳厚度（20-30cm），间接控制外输系统输油时的含水在5±1%，节约天然气约50m³/d。

（4）精细设施活动时量，保障系统节气量：为了确保冬季生产平稳、备用加热炉随时运行，每天重点通过对备用加热炉的进出口管线定温定量活动、相变加热炉定时定频烘炉的方式，减少了加热炉备用状态完好的用气量，确保了掺水系统稳定。

三、取得的创新点

1、针对温度对分离系统产气量的影响，变“被动”为“主动”，打破“被动”接受单一环境温度变化对于气液分离的效果，以“主动”提升来液温度的方式，增加了分离缓冲罐产气量。

2、对于分离缓冲罐的产气量和加热炉的耗气量，从定性分析改成定量计量，通过公式推导，精细描述了影响气量变化的因素，并针对其因素采取了相应的控制措施。

四、成果应用方面

1、生产系统运行更加稳定

通过对比两年来5#掺水炉的出口温度可以看出，尽管温度有不达标的时段，但2021年温度稳定性更好。而当天气温度≥-10℃时能够满足掺水温度需求（从另一方面说明温度对脱气量影响较大，气温下降时增加来液系统的掺水伴热水量更是必要手段）。

2、天然气发电稳中有升

通过“提高产气量、减少耗气量”等各项措施的实施，最大限度地提升了发电效率，尤其是夏季发电量呈现稳步增加的趋势，截至11月20日，发电146.78万度，较去年同期相比增加33.04万度。