文件：2FLQ2018/C型汽水分离及计量装置 产品介绍 中国石油天然气第八建设有限公司 二五年八月 一、前言随着我国稠油开采的不断深入，用常规锅炉（80%蒸汽干度）注蒸汽的方法已不能满足稠油开采新技术日益发展的需要。根据国外最新研究成果显示，稠油后期的高轮次开采注入95%以上干度的蒸汽可有效提高采收率。目前在用的注汽锅炉，由于受其水处理设备技术的限制，其锅炉出口最高额定蒸汽干度为80%，实际运行时仅为75%左右，满足不了稠油蒸汽热力开采，特别是“SAGD”重力泄油蒸汽辅助法的工艺条件。提高注汽锅炉的蒸汽干度，一种方法是将锅炉给水进行除盐处理，这将大大增加水处理设备的投资费用和运行费用，而且受地面条件所限，很难实现；同时还增加了控制系统运行管理的难度。另一种方法是锅炉及水处理设备基本保持不变，在锅炉出口安装一套汽水分离装置，将汽和水分开，分离出的饱和水其热量通过锅炉给水预热器回收，蒸汽则通过计算机进行流量计量、分配控制管理。本公司研制的FLQ20-18/C汽水分离及计量装置就是采取这种方法，并有效使其分离干度达到99%以上，满足了高干度注汽的工艺技术条件。二、主要技术参数1、设计压力 18 MPa2、工作压力 3-17.2 Mpa3、设计流量 22.5 t/h4、入口蒸汽干度 70 %5、出口蒸汽干度 95 %6、排水温度 60 7、液位控制 全自动8三、基本工作原理和结构由于两相流体的分离过程相当复杂，往往是靠几种分离作用的综合效应来实现的。我们是采取旋风分离方法，综合了离心分离、重力分离及膜式分离作用来进行汽水分离的。首先由锅炉出口来的具有很大动能的汽水混合物沿切线方向引入旋风分离器的筒体，使其由直线运动转变为旋转运动，形成离心力（比重力大17.947.5倍），由于汽和水存在重度差，汽在旋风筒中螺旋上升,形成汽柱,而水则抛向筒壁并旋转下降,在筒内形成抛物面，还有少量水滴被汽流带入旋风筒中部的汽空间，这些水滴在随汽流螺旋上升的过程中，逐渐被推向壁面，当蒸汽通过旋风筒上部的百叶窗波形板顶帽时，又靠膜式分离使蒸汽进一步被分离，水则由下部经环形缝中的导流叶片平稳地导入水空间，为防止水流旋转而引起水位偏斜，在筒体底部安装一十字形挡板以消除筒内水流的旋转运动。为进一步将蒸汽中的细小水滴分离出来，在蒸汽出口又安装水平式百叶窗波形板分离器，经设置在汽、水空间的引出管道连续不断的将汽、水引出，最后达到将汽、水分离的目的。汽水分离系统能否稳定运行的关键配件是液位调节阀及双色液位计，为使其整体性能稳定可靠，我们选用了高性能的进口费希尔液位调节阀及国内先进的高新技术产品B6932CF型磁浮液位计。液位控制系统采用单回路比例调节满足液位的调节质量。调节过程是：首先由一次表（差压变送器）将分离器内液位转换成标准的电信号4-20mmA，数学表达式：Io=4+Hx/H（20-4）送入调节器与给定信号进行比较，通过调节器的比例运算后，对应一个输出信号给调节阀，使阀处在某一个开度的位置上。当液位（Hx）发生变化时调节器又对应一个输出信号给调节阀，使阀处在另一个开度的位置上，流量的大小随着调节阀的阀位不同，最终达到自动保持液位的稳定。液位的变化通过液位计和二次仪表（调节器）直接和间接进行观查。我们选用的B69-32-CF型磁浮液位计是根据“阿基米德”原理研制的，即浮子排开液体的重量等于浮子的重量，使装有永久磁钢的浮子在被测介质中，并随液位的变化而上下移动。浮子内磁钢所在的位置（即液位的实际位置）通过磁力耦合系统被传递到显示器的转子上，液位上升时转子显示绿色，液位下降时转子显示红色，根据转子的红绿位置从标尺上读出液位的具体数值。蒸汽计量监测系统是通过计算机由中央管理级、现场控制级及通信网络构成的两级集中监控系统。现场控制级设置触摸屏显示器，可进行现场调节操作，同时现场传感器测量的标准信号通过A/D转换变为数字信号，实现对现场实时监控，经RS485总线进入计算机，达到人机界面友好，能够满足各种管理功能的需要。中央管理级选用工业控制计算机，确保工作的可靠性和抗干扰性，管理级负责整个系统监测任务，可定时巡检、存储系统的运行参数；分析运行工况，发现异常情况进行报警；打印系统的运行报表及统计报表，便于用户进行蒸汽计量管理； 以曲线、图像的方式显示现场的运行工况，直观、生动。现场级对现场模拟量进行监测 可根据用户需要，测量总流量和各分路流量，目前我们是设置一个总流量，四个分流量共五个蒸汽计量流量计。为了保证测量精度，我们在蒸汽流量计算中，采取了如下补偿措施：1）对蒸汽密度进行了温度、压力的补偿计算，并且在补偿算法上采用了比通常采用的查表法精度更高的多项式曲线拟合的方法，特别是在高温高压段，采用了插值算法，提高了补偿精度。2）根据压力的变化我们对流量系数、压缩系数随压力的变化进行了补偿，提高了测量精度。3）根据温度的变化我们还对喷嘴口径d随温度的变化也进行了补偿，提高了测量精度。从现场数据来看，采用了多种补偿措施后总体上提高了测量精度，分配器总管蒸汽流量与出口各支管蒸汽流量之和误差在2.2%左右，最大误差3.2%。主要测量点及精度见下表：序号测量点精 度1分离器出口流量总计量5%2分离器出口压力1.5%3分离器出口温度1.5%4分离器液位1.5%5分配器出口流量 15%6分配器出口流量 25%7分配器出口流量 35%8分配器出口流量 45%9分配器排污水流量1.5%10分配器排污水温度1.5%为了保证高压汽水分离装置的正常工作，需要随时掌握分离装置中的冷凝水液位，我们通过安装一套液位变送器，对分离装置中水的液位进行调节监控。汽水分离装置分离出的饱和水具有很高的压力和热量，直接排放既不安全也浪费热能，降低整个系统的热效率。对此我们采取在注汽锅炉水水换热器部位增加一套水换热器，将分离出来的高温饱和水先与锅炉给水（20）进行换热，将换热后的给水进入锅炉对流段，而将放热后的污水（60左右）经扩容罐降压后排放到污水罐。四、主要采取的技术措施汽水分离设备应用于注汽锅炉虽然国内外都已有先例，但由于种种原因 ，一直未能推广应用，主要问题是：分离效率低，分离干度只有90%左右，运行工况不稳、参数不可调、噪音大、控制系统性能落后等缺陷，难以适应各油田复杂的地质条件，使设备没有充分发挥应有的作用。针对这种情况，我们经过广泛调研，先后考察了辽河油田、抚顺发电厂、哈尔滨锅炉厂、哈尔滨工业大学、长春锅炉仪表厂、大连理工大学等有关单位，在吸收各方面专家、教授建议的基础上，在设计中采取了如下措施：1、为尽量增大分离器的汽水空间降低噪声，分离装置形状采用DN1800x60的球体。2、为提高分离效率，在旋风分离器上部蒸汽出口处设置了二次分离元件百叶窗分离器，可进一步分离蒸汽中的细小水滴。3、筒体内设置四个独立的旋风分离器，可根据蒸汽压力及流量来增减旋风分离器的开启数量，达到在不同参数条件下均能高效率分离的效果。4、为使进入每个旋风分离器的流量均匀，在筒体外设置了蒸汽分配器。5、由于炉水未经除盐处理，其含盐量相对较大，为防止分离出的炉水产生泡沫以影响分离效率，在炉水出口处设置了除沫排污装置。6、在旋风分离器入口处为防止汽、水流速不均匀而影响分离效果，设置了均汽孔板。7、为使蒸汽取样管取出的蒸汽含水量与蒸汽引出管中的含水量一致，参照GB10180-95工业锅炉热工试验规范附录B的有关规定设置了蒸汽取样装置。8、蒸汽干度测量，采用钠度计测量仪通过测量蒸汽中钠离子含量来计算蒸汽的干度，保证在工作压力范围内精确地测出干度值。在制造FLQ20-18/C型汽水分离器及计量装置过程中，我们还克服了球体成形、焊接、无损检测、热处理、组装、调试等各个环节出现的技术难题。其中球壳我们是用公司的1200吨油压机和自行设计的专用胎具热压成形的，球壳的开孔加工也是制作了专用工装卡具，在通用设备上加工完成的。材料的选择、焊接、探伤和热处理是整个工艺过程的关键工序，也是难度最大的工序，壳体材质选用的是13MnNiMoNbR低合金高强钢。焊接工艺复杂、钢板厚（60mm）、焊缝截面大，焊缝充填量大，需通过多道焊接成形，每道焊接都必须进行预热、保温、焊后热处理。在焊缝无损探伤上，由于钢板厚度大、结构形状复杂，采用射线源透照。我们研制的汽水分离及计量装置从2003年9月首台制造成功以来，目前已有四套产品投入油田运行，正在生产的有三套。FLQ20-18/C型汽水分离及计量装置经过不断修改设计使其逐步完善，经现场运行考核证明该装置在油田已具备适用范围广、运行平稳可靠、分离效率高、计量准确、操作简便、自动化程度高等特点。这项技术成果已于2005年3月获取国家技术专利，专利号：ZL200420030444.1。为使该产品在技术质量上更加完善、提高，便于更好地满足油田热采工艺的要求。7