喷射器在海上油气田轻烃回收中的应用.pdf

第 4 O卷第 3期 2 0 1 1年 5月 石油化工设备 P ETRO- CHEMI CAL EQUI P MENT Vo1 ． 40 No ．3 M a y 2 01 1 文 章 编 号 1 0 0 0 7 4 6 6 g O l 1 0 3 0 0 7 4 0 4 喷射器在 海上油气 田轻烃 回收 中的应用 潘 大 新 ，陈静 中国海洋石油工程股份有限公司 ， 天津3 0 0 4 5 1 摘 要 分析 了海 上油 气 田低 压伴 生 气和挥 发 气的危 害， 对喷射 器 的轻 烃回收技 术原 理进 行 了阐述 ， 指 出其技术优势 ， 并对喷射器的压力和流量等工艺参数和工艺设计进行 了探讨。通过某浮式生产 储 油装 置利 用喷射 器对 原 油舱 挥发 气进行 回收的 工程 实例 表 明 ， 喷射 器在 油 气 田轻 烃 回收 工程 中 切 实可行 且具 有 多方 面的优 势 ， 具 有 实际推广价 值 ， 在 节能减排 方 面具有 重要 意义 。 关键 词 喷射器； 海上油气； 轻烃回收； 工艺设计 ； 应用实例 中图分类 号 TE 9 5 2 文献 标志码 B S t u d y o f E j e c t o r Us e d i n Of f s h o r e Oi l Ga s Li g h t Hy d r o c a r b o n Re c o v e r y PAN Da - x i n，CHEN Ji n g Ch i n a Of f s h o r e Oi l E n g i n e e r i n g Co ．Lt d ．，Ti a n j i n 3 0 0 4 5 1 ，C h i n a Ab s t r a c t As t h e l o w p r e s s u r e a s s o c i a t e d g a s a n d e v o l v e d g a s wa s v e n t e d f r o m t h e o f f s h o r e o i l a n d ga s f i e l d，t he e n v i r on me nt wa s p o l l u t e d，e ne r g y wa s wa s t e d a nd t he o f f s h or e pr o d uc t i o n un i t wa s a f f e c t e d b y t h e f l a mma b l e a t mo s p h e r e ．Th e c o n c e p t i o n o f e j e c t o r s u s e d t o r e c o v e r t h i s s o r t o f g a s wa s de s c r i be d，t he t e c hn i q ue a d v a nt a ge s we r e a n a l y z e d a n d t he pr o c e s s pa r a me t e r e ． g． p r e s s u r e a n d f l o w r a t e a n d p r o c e s s d e s i g n wa s d i s c u s s e d ．Th e p r o j e c t e x a mp l e o f o n e F P S O wh i c h a d o p t e d e j e c t o r r e c o v e r y o f e v o l v e d g a s f r o m c r u d e o i l v e s s e l t a n k s wa s a l s o p r e s e n t e d ．I t s h o we d t ha t t h i s t e c hn o l o g y wa s a s i mpl e a nd e f f e c t i v e wa y of di s p os i n g o f VOC wi t h ou t l a r ge a nd e x pe n s i v e V0C r e c o ve r y un i t s ． I t c a n be u s e d i n p r a c t i c e a n d h a s s i gni f i c a nt me a n i ng i n e ne r gy s a v i n g a nd e m i s s i on r e dU c t j on ． 中的腐蚀与防护 E J ] ． 石油化工设备 ， 2 0 1 0 ， 3 9 5 4 8 5 5 ． 宋绍富．靖二联油田污水处理技术研究与应用[ D] ． 西 安 ； 西 安 石 油 大 学 ， 2 0 1 0 ． 王 百森．炼 油装置全 面腐蚀控制体 系建立与 运行[ J ] ． 石 油化工设备 ， 2 0 0 9 ， 3 8 5 7 7 8 0 ． 魏宝 明． 金属腐 蚀理论 及应 用[ M] ． 北京 化学 工业 出 版 社 ， 1 9 8 4 ． 马红杰 ， 黄新 泉 ， 李 庆梅． 蒸 馏装 置常顶 系统腐蚀 在线 监测f J ] ． 石油化工设备 ， 2 0 0 9 ， 3 8 2 9 4 9 7 ． 刘一江． 中原油 田采油 新技术 文集 [ M] ． 北 京 石 油工 业 出版社 ， 2 0 0 0 ． 周 立杰 ．油 田含油污泥 的浓缩 试验研究 E J ] ． 石油 矿场 机 械 ， 2 O 1 0 ， 3 9 8 5 2 - 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『J O ． 6 MP a 6 _ 一 D O． 59 M Pa 7 一 u． 0． 58 M Pa 8 ， 0． 57 M Pa 9 一 D， 0．5 6 MPa I 射 J p ／ MP a 图 1 引射气体压力对喷射器性能影 响 由图 1可 以看 出 ， 当工作 压力 增加 时 ， 引射气 体 的质 量 流量 增加 ； 而 当工 作压 力一 定 时 ， 引射 气体 质 量流 量 随引射 压 力 的增 加 而 增加 。试 验 证 明 ， 引射 气体压力每提高 0 ． 1 MP a ， 引射系数 引射气体质量 流量 与工 作质 量 流量之 比 将上 升 0 ． 0 6 ～0 ． 0 8 。 2 ． 2 工作 压 力对 喷射 器性 能的 影响 喷射 器工 作压 力 与引射 气体 质 量流量 的关 系 曲 线见 图 2 。 ∞ 删 删 略 喜 工作压 ／ MI a 图 2 工作压力对 喷射器性能的影响 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工设备 2 0 1 1 年第 4 0 卷 由图 Z可以看出 ， 当工作压力变化较大时 ， 引射 质量 流量 变化 较为 平 缓 ， 而 且 当 工作 压 力 升 高 到一 定值 后 ， 引射 气 体 质 量 流 量 随引 射 压 力 变 化 不 大 。 因此如果 实 际的工 作 气体 压 力 偏 离 设计 压 力 ， 喷 射 器效 率受 到 的影 响 比较小 ， 但 由 于工 作 压力 升高 而 导致 的设 备成本 和 其 他 费用 增 加 ， 相 对 于在 设 计 工 况下 完成所 需抽 吸量 的费用 要大 得多 。 2 ． 3 出口压力对喷射器性能的影响 喷射器出口压力与引射气体质量流量的关系曲 线 见 图 3 。 T ∞ ● 咖f 媛 删 按 出 口 压 力pc ／ MPa 图 3 出 口压 力 对 喷 射 器 性 能 的 影 响 由图 3可以看 出， 当喷射器 出口压力低于设计 压力 时 ， 引射 气 体 质 量 流 量 受 出 口压 力 影 响 不 大 。 但当出口压力超过设计压力 时， 引射气体质量流量 迅速 减小 ， 喷射 器性 能急剧 下 降 。 2 ． 4喷射器设计参数 通 常情 况下 ， 喷射 器 的工作条 件 主要是 工作 流 体 的压 力 、 流量 等参 数 都 是 一 个范 围 ， 这 样 就 须选 择合适的设计参数 。理论上只有 当工作压力 、 引射 压力和压缩流体的压力都与设计点参数完全吻合时 才具 有最 大 的效率 ， 而 当膨 胀 比和压 缩 比与设 计 不 相符时 ， 工作状况会严重恶化 ， 喷射器的效率会急剧 下 降 。 ～ 引。 在设计喷射器时 ， 建议不要把设计点选在工作 范 围的 中点 ， 而应 尽 可 能 选 在工 作 范 围 的下 限或 下 限 附 近 以 离 下 限 最 大 不 超 过 2 5 的工 作 范 围 为 好 ， 以保证 不 出现实 际膨胀 比和 压缩 比与设 计值 相 比偏 离过多 的不利 状况 。即便 由于膨胀 比偏 大或 压 缩 比偏小 时 喷射器 的工 作 效 率会 有 所 降 低 ， 但对 整 个工作状况并无太大不利影响， 不进行工作调节也 是完 全 可 以的 。而且 由于无 需 进 行 工 作调 节 ， 还 可 以极大降低设计制造难度 ， 简化维护管理。海上油 气 田轻烃 回收 工程 中对 便 于维 护 管 理 的要 求 更 高 ， 尤其 需要 注意把 设计 点选 在工作 范 围的下 限或有 下 限 附近 。 2 ． 5 串联级数和全压缩比 在给定条件下， 通过多级喷射器串联 ， 可以实现 较高的压缩 比 全压缩比 ， 串联系统中的每一级喷 射 器可 以实 现部分 压缩 比 分 压缩 比 。串联 级数 可 以直 接 由全压 缩 比和 分 压缩 比决 定 级 数 一全压 缩 比的对数 ／ 各级 平均 压缩 比的对数 。在实 际应 用 中 ， 全压 缩 比是 由设 计 条 件 给定 的 ， 各 级 的平 均 压缩 比 则可 由经 验数 据来 大致 确 定 。显 然 ， 串联 的级 数 越 多对提高压缩比越有利， 但 是级数过多对匹配设计 和工程调试等都将带来很大 的麻烦 ， 一般匹配式多 级喷射 器 系统 的串联级 数 以 2 ～3级 为好 ， 不宜超 过 4级 [ 9 , 1 0 ] 。 设计匹配式多级喷射器时， 在确定串联级数后 ， 就需要确定每一级 喷射器的压缩 比， 关键是看系统 的全 压缩 比在 各级 之 间如何分 配 。 在 常见 的压缩 比和膨 胀 比条件 下进行 试验 之后 发现 ， 当由两级 喷射 器 串联时 ， 第 一 级 的压 缩 比是第 二级的 1 ． 4倍较为合适 。当由三级喷射器串联时， 第 一 级 、 第二 级 、 第三级 的压 缩 比则 按 1 ． 81 ． 3 1 的比例分配较为合适。以三级 串联为例， 假设要实 现全压缩比为 4 ， 则第三级的压缩 比应约为 1 ． 2 ， 第 二 级 的压缩 比约 为 1 ． 5 ， 第 一 级 的压 缩 比约为 2 ． 2 。 如 果按该 比例 进行 分配 ， 则设 计 、 制造 、 维护 、 管理 等 的要 求都 可放 宽一 些 ， 从 而 降 低 制造 成 本 并 便 于 维 护管 理 。 3喷射器应用实例 3 ． 1 问题描述 以应用喷射器对某 F P S O原油舱挥发气进行回 收的实 际工 程为 例加 以说 明 。该 F P S O 采用燃料 气 作 为原 油舱 的覆 盖气 ， 混合挥 发气 进行 放空 处理 ， 结 果 发现 在无 风或者 微 风 的天 气下 ， 排 出 的挥 发 气 易 飘落到甲板区域 ， 导致探测系统探 测到易燃气体聚 集 引发生 产关 断 。为 此 改 进 了放 空 措 施 ， 例 如 在风 速低 于 2 m／ s时不放 空 、 延 长 放空 管 长 度 并 安装 放 空头 等 ， 但 都未 取 得 满 意 的效 果 。后 来 决 定进 行 挥 发气 的 回收改造 ， 在 比较 压 缩机 系统 方 案 和 喷射 器 方案 时发现 ， 如 果 采 用 压 缩 机 系 统 方 案 ， 不 仅 价 格 高， 而且需要增加滤器和分液罐 ， 流程 复杂 ， 同时需 要 的改造空 间很 大 。因此最 终选 择利 用喷射 器方 案 进 行挥 发气 回收 。 3 ． 2 喷 射器 系统 改造方 案 F P S O利用 分 离 器 气 相 出 口 的气 体 为 动 力 ， 将 原 油舱 的挥发 气收 集 管 汇 连接 到 喷射 器 的 入 口， 增 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 潘大新 ， 等 喷射器在海 上油气 田轻烃 回收 中的应用 7 7 压并 与高 压气 混合 后 输 送 到 锅 炉 作 为 燃 料 气 ， 改 造 后 的 系统流 程见 图 4 。 图 4 改 造后 的喷射系统流程 图 喷射 系统改 造 方 案 有 以 下 特 点 ① 在 高 压 生 产 气和挥发气管汇进入喷射器的人 口管线上都设置 了 压 力高 高低 低关 断 和 关 断 阀 S D V ， 其 中挥 发 气 压 力低 低设 置 为 2 ． 9 4 k P a ， 以避 免 压 力过 低 导 致 原 油 舱 真空 保 护 阀破 裂 使空气 进 入 。②挥 发 气管 线上 的 关断阀逻辑设置为只有检测到工作气体管线上的压 力 时才 能 打开 。③ 在工作 气 体管 线上 安 装 了压力 控 制和报警装置 ， 保证工作流体 高压生产气 在引射 流 体 低 压 挥发气 进 人 流程 之前 就 已经建 立起 正 常 流动。④工作气体和引射气体的入 口管线上安装 了 单向阀， 以避免气体 回流。⑤在工作气体人 口管线 上设置了压力控制阀 P V 来 控制喷射器 的质量流 量 ， 压力 控 制 阀可 以手动 或者 自动 控制 ， 以与 引射 气 体 质量 流量 相匹 配 。⑥在 喷射 器 出 口去往 气体 用 户 之前设 置 了腐蚀 挂 片 ， 以监 测 管 线 的腐 蚀 速 率 。 由 于没有进 行 压 缩 和 分 液 处 理 ， 气 体 为 湿 气 ， 温 度 较 高 ， 而且含有 c O 。气体 ， 因此管线的腐蚀情况应 予 以关 注 。另外 ， 还 安 装 了可 拆 卸 短 接 来进 行 腐 蚀 检 查 。腐蚀 速 率可按 照 NORS O K 推 荐 的 0 ． 5 7 mm／ a 进行 计算 。⑦ 由于 气体 为湿 气 ， 因 此设 置 了 多 处低 点排放阀。⑧喷射 器后设置 了消音器 ， 将 噪音强度 控制 在 8 5 d B A 以下 。⑨ 为 了控制 腐 蚀 ， 喷射 器 系 统 和管线 采用 双相 不锈 钢材 质 。 3 ． 3 喷射系统参数 此 F P S O采 用 的喷 射 器 材 质 为 双 相 不 锈 钢 ， 喷 射 器 橇 块 尺 寸 长 宽 高 为 3 3 5 0 mm 1 5 0 0 mmX 2 4 0 0 mm， 喷 射 器 橇 块 质 量 4 0 0 0 k g 。 系统设 计 压力 1 ． 3 5 MP a ， 出 口操 作 压力 0 ． 1 6 MP a ， 工作气体操作压 力 1 ． 2 0 MP a ， 引射气体操 作压力 0 ． 0 5 MP a ； 系 统 设 计 温 度 2 1 0 ℃ ， 出 口操 作 温 度 1 2 0℃， 工作气体操作温度 1 9 2℃， 引射气体操作温 度为 常 温 1 6～ 3 6 ℃ 。工 作 气 体 质 量 流 量 9 6 3 k g ／ h ， 引射 气 体质 量流 量 1 8 5 5 k g ／ h 。 3 ． 4 喷射系统特点 ① 改 造 成本 低 ， 在 阻止 一 次 生 产关 断 后 就 可 以 回 收投 资 。经 评 估 ， 改 造 前该 F P S O 每年 由于 挥 发 气 引发的关 断所造成的生产损失相 当于该装置2 4 h 的产量。②喷射器橇块紧凑 ， 质量轻 ， 运输和安装都 很 方便 ， 现 场 改造 空 间容 易 确 定 。③ 改 造 工作 量减 少 ， 工 期 缩 短 。不 影 响 生 产 的 安 装 工 作 大 约 需 要 1 4 d ， 而 停产 改 造 只 用 1 d即 可 完 成 原 系 统 管 线 和 喷射 器 系统 的连接 。 4 结 语 在不需要高投资的情况下采用喷射器就可 以进 行挥发气或低压油气 田伴生气的有效 回收和利用 ， 减少了能源的浪费 ， 降低了环境的污染， 在海上油气 田节 能减排 方 面具 有重 大意 义 ， 应 用前 景 广 阔。 参 考 文 献 E l i 金 良安 ， 白雪莲 ， 徐玉 明． 原 油挥发气 排空 的危 害及对 策研究E J 3 ． 环境污染治 理技 术与设备 ， 2 0 0 1 ， 2 3 5 9 61 ． E 2 3 蒋洪 ， 朱聪 ． 伴生气轻烃 回收工艺技术 E J ] ． 油气 田 地 面 工 程 ， 2 0 0 0 ， 1 9 1 4 - 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