分离器自动排污及污水计量功能的实现和优化 

概述:分离器自动排污及污水计量功能的实现和优化
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2016-07-05 17:18:32 点击4972次
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随着新工艺、新技术的发展,重庆气矿采输生产现场中采用了越来越多的自动化设备和系统。在大天池气田,大多数单井站均设计有分离器自动排污及污水计量功能,这些功能的投用,大大了减轻井站操作工人的劳动强度,提高了工作效率。使用几年来,我们在这两方面作了大量工作,取得了一些成效,但还存在不足之处,需要继续改进和完善。

基本原理

大天池SCADA系统中,现场的数据采集和控制功能都是在RTU中完成的,其中,分离器自动排污和污水计量是单井RTU的重要功能之一,它最初设计的主要思路是:

1、 自动排污

该控制系统现场部分包括一只液位变送器,一只排污阀(电动或气动)。RTU程序中设有液位控制高限和控制低限两个设定值。在正常生产过程中,分离器分离出天然气中的凝析水,分离器的液位会缓慢上涨,当液位高于控制高限时,系统会自动打开排污阀,开始排污,分离器液位下降。当液位下降到控制低限时,系统会自动关闭排污阀,排污结束。

2、 污水计量

RTU根据公式将液位高度计算转换为污水的体积。RTU根据所采集到的污水液位,自动判断涨水还是排水,分离器污水的自动计量是在液位缓慢上涨的过程中进行的。该计算是一个不断累积的过程,即液位上涨一段,相应污水体积变化值就会被计算出来并增加到累计值中。通过手动或旁通排放污水不会影响液位的计量。

RTU内部是采用污水的体积差进行累积的,RTU能自动保存上次计量过的污水液位和污水体积,并实时把最新的污水液位与上次保存的液位值进行比较,当两数差值超过设定值(一般设为11mm)并且是涨水时,则计算本次液位对应体积,再减去上次的体积,进行累积,同时根据RTU时钟生成各种累积值。

为防止污水液位波动而引起计量不准,程序中对污水液位作了一定的变化率滤波处理。

实际使用中存在问题及分析

随着工作的深入,自动排污和污水流量计计量功能逐步在各井站投入使用,但在此过程中暴露出一些问题和矛盾,直接影响到功能的投用。主要有以下几个方面:

1、 电动排污阀动作时间对自动排污的影响

大多数单井站使用的排污阀采用了电动执行机构,其动作时间较长,完整的开关行程需要40s~60s的时间。而由于分离器内压力高,污水排放迅速,如果分离器内污水不够多,排污控制门限设置不够高,排污时阀门往往还未关到位,天然气就已经跑到外面去了,并对排污阀阀芯造成冲蚀,易引起内漏。但存放过多的水又会直接影响到分离效果,不利于下游管道的输送和防腐,并增大脱水装置的负荷。

2、 污水计量起点与工艺生产要求的矛盾

RTU中污水计量程序的计量起点始于卧式分离器筒体的底部,而不是集液包,通过查阅设计图纸得知,该起点对应于液位变送器测量值的182mm处。液位只有在该点以上才开始计量,在该点以下时则无法计量。因此,必须随时保证液位在计量起点以上,才能对污水进行正常计量。但在工艺生产中,某些时候为确保分离效果,对液位的控制比较严格,从而导致计量和生产发生矛盾。

3、 液位变送器准确度对污水计量的影响

液位变送器的测量值是污水计量的来源基础,它的准确性与计量结果密切相关。大天池气田各井站分离器最初采用的是国产浮筒式液位变送器,它最大的问题就是准确度低,最大时可达到±5%以上。由于卧式分离器水平安装的特殊结构,细微的液位测量误差就会造成较大的污水计量偏差,5%的液位测量误差造成的计量偏差可想而知。如某变送器误差为±5%,经计算,在250mm处产生的计量误差范围就达-77.6%~+115.1%,数据根本无法使用。

4、 冬季水化物冻堵的影响

液位变送器在冬季使用中,多次发生浮筒冻堵,产生虚假液位,直接影响排污和污水计量。经过现场测试及分析,一个原因是泄漏;另一个原因是气质和温度。大天池气田气质条件较差,杂质较多,水化物生成温度较高。例如,经过查表,在正常管输压力下,龙门气田天然气的水化物生成温度在8℃左右。而液位变送器筒体内液体很少流动, 筒体又直接接触大气,在气温较低时就有可能生成水化物造成冻堵。

5、 程序编写存在问题的影响

调试使用过程中,发现液位在182mm~195mm范围时,污水计量值会不断累加,远超过真实值,而且在这一区间持续时间越长,偏差越大。当液位超出该区间后,计量又会恢复正常。从现象分析,判断原因在于计量程序本身存在某处缺陷。经多次模拟测试,发现液位在此区间时,程序中一条判别语句不能通过,导致每次计算后的上次污水液位不能更新,引起重复计量,直到液位上涨,判断语句得以通过,才使计量又重新恢复正常。

主要整改措施及效果分析

1、 有针对性进行设备改造。

为维持正常生产,确保各项功能的使用,我们先后进行了以下改造:

(1) 液位变送器重新选型。为改善液位变送器的测量准确度,我们将原有的浮筒液位变送器重新改型为雷达式液位变送器,其测量可准确到1mm,使用至今,其准确性和可靠性比原有型号有了显著提高。

(2) 变送器筒体加装拌热带。拌热带的使用,有效改善了冬季水化物对液位测量的影响。

(3) 电动头加装防雨蓬,明显减少了雨水渗入壳体、腐蚀电路板的概率,并减少了运行成本。

2、 优化程序设计

(1) 修改错误语句。

修改引起错误的判断语句后,解决了重复错误计量的故障。

(2) 重新编写污水计量程序,更换计量方式。

采取的基本方法是:仍使用原有污水计量公式,但将涨水连续计量改为排污间歇计量,即排污一次计算一次水量。排污阀打开时取此时液位高度计算一个体积值,排污阀关闭时取此时液位高度并计算一个体积值,两个体积之差就是此次排污的水量。循环往复,从而计算出所需的污水量。针对原有计量方式的不足,还增加了对液位计筒体水量和排污期间水量的计算。

此种方式因不是连续计量,较长的排污周期会对每日的报表数据产生较大的波动。排污阀打开时取此时液位高度计算一个体积值,排污阀关闭时取此时液位高度并计算一个体积值,两个体积之差就是此次排污的水量。循环往复,从而计算出所需的污水量。针对原有计量方式的不足,还增加了对液位计筒体水量和排污期间水量的计算。即在每天七点五十分(报表生成时间为每天上午八点),如液位在控制低限以上,则强制排污一次。

两种污水计量方式对比表

通过试用,新程序能够正常使用,并避免了一些原有程序存在的不足。但又出现了一些新的问题,需要继续优化改善。

3、 工艺阀门配合使用,改善排污控制。

要改善电动阀排污过猛的状况,主要方式是改变排污阀门的开度。由于自动排污阀为球阀,只能全开全关,因此在使用中采取了用排污阀下游的常规阀门进行节流的方法(该位置阀门采用的是阀套式排污阀,多年来的使用情况良好),经过试验,完全满足控制需要。

4、 加强基础数据收集,完善基础资料。

应用过程中,我们还先后多次进行分离器体积测试、分离器尺寸测试、单井产水实际测试,取得了大量有价值的基础数据,为这些功能的投用和优化提供了丰富的基础资料。

5、 更改分离器外形设计。

分离器的不规则形状是影响污水计量使用的主要制约因素,要从根本上解决,应对分离器外形重新设计。在参考了大天池气田的使用经验后,目前各新井设计的卧式分离器均采用了两段式结构,上下两段均为规则的圆柱体,便于进行污水计量。

结 论

通过几年来的试验和应用,一般说来,自动排污功能的实现相对较容易,制约因素较少;而污水计量的实现则较为繁琐,限制条件太多,除了仪表、控制阀这些设备的性能影响,还有分离器形状、工艺环境的制约,以及计量程序自身不足的干扰。因此,自动排污功能应用的重点更多在于改善设备性能和参数设置,而污水计量功能的应用则应多方面综合考虑,在设备性能、工作制度、程序设计等方面采取更多的优化措施。

污水流量计

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[本信息来自于今日推荐网]