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CN106517396B - 一种高压气液分离控制装置及其控制方法 - Google Patents

一种高压气液分离控制装置及其控制方法 Download PDF

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CN106517396B CN201610950083.XA CN201610950083A CN106517396B CN 106517396 B CN106517396 B CN 106517396B CN 201610950083 A CN201610950083 A CN 201610950083A CN 106517396 B CN106517396 B CN 106517396B
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Abstract

本发明涉及一种高压气液分离控制装置及其控制方法，包括卧式或立式分离罐，分离罐出液口、出气口与同轴浮子阀连接；同轴浮子阀与平衡阀连通；同轴浮子阀上部连接排气管线，底部连接排液管线；排液、排气管线分别设有电控调节阀、流量计；分离罐出液口处设液面稳定器；分离罐进液口处设电控调节阀；分离罐还设有整流板、磁翻板液位计，还包括PLC控制器，PLC控制器分别监测分离器工作压力、气体流量计含水率、液体流量计紊乱情况；PLC控制器控制进液口、出液口、出气口电控调节阀。这种高压气液分离控制装置及其控制方法，解决了低压分离器分离能力不足和高压分离器人工控制导致出气口出液，出液口出气的问题，天然气便于安全点火和返排液回收利用。

Description

一种高压气液分离控制装置及其控制方法
技术领域
本发明属于气液分离领域，具体涉及一种高压气液分离控制装置及其控制方法。
背景技术
气井酸化返排液处理是油田酸化作业必不可少的工艺过程，其中气液分离器是该作业过程中的主要分离设备。目前，由于设计或操作控制方法不当，使得气液分离器不满足返排液处理需要。在操作过程中，靠工人经验及观察手动调节出口控制阀的开关排气排液，经常造成出气口出液，出液口出气。尤其是入口压力流量变化时，由于采取手动开关阀门的方式，造成分离器出气口大量携液，出液口气锥现象严重。出气口含水量大时，会将点火系统的火苗熄灭，导致可燃气体弥漫，甚至引发爆燃事故。
现用常压分离器，当液体流量在1方/分，气量达到5万方/天以上时，分离罐内气相流速过大，气携液能力增大，不再满足气液重力分离条件。因此，大气量时常压分离器不具备分离能力。
现用高压分离器，分离器的工作压力达到10MPa，气体分离能力达到30万方/天。通过手动操作阀门的开关进行排液、排气。当液位低时，开大出气口；当液位高时，开大出液口。由于分离器内外压差大，出口阀门开大后分离器工作压力瞬间改变，气相体积迅速膨胀，流速增大，导致出气口携液严重，出液口气锥现象严重，出液口排一点液便会气液同出，达不到分离效果。
气液分离是一项比较成熟的技术，其作用原理是根据多种流体的物理性质不同，利用重力、离心力、遮流等方式进行分离。由于气相和液相具有不同的密度，重力使得较重的液体首先沉降至底部，气相扩散至顶部，由排气口溢流排出。
国内进行高压分离器的试验，通过人工控制出气口阀与出液口阀的开关进行排气、排液。最终因高压分离器出气口出液，出液口大量出气的问题而得不到实际应用。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术难题，提供一种高压气液分离控制装置及方法，解决高压气液分离器出气口出液，出液口出气的问题和低压分离器分离能力不足的问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种高压气液分离控制装置，包括分离罐，分离罐连接有进液管线，分离罐上设置有出液口、出气口和排污口，
所述的进液管线上设有压力变送器和进液电控调节阀，所述的进液管线连接的分离罐进液口处设有整流板；
所述的排污口连接排污管线，排污管线上设有手动调节阀；
所述的出液口、出气口分别通过管线连接同轴浮子阀，同轴浮子阀连接着平衡阀；所述的同轴浮子阀顶部连接排气管线，底部连接排液管线，排液管线上设有排液电控调节阀和液体流量计，排气管线上设有排气电控调节阀和气体流量计，排气管线连接着燃烧器；
所述的分离罐上还安装有磁翻板液位计和温度压力变送器。
所述的同轴浮子阀、平衡阀安装在分离罐外部，所述的同轴浮子阀的进气口与分离器内部的最高液面相平，同轴浮子阀的进液口低于分离器内部的最低液面。
所述的同轴浮子阀采用互锁式浮子，同轴浮子阀包括同轴套装的同轴浮子阀外壳和同轴浮子阀内壳，同轴浮子阀外壳上部和下部分别设置同轴浮子阀进气口和同轴浮子阀进液口，同轴浮子阀内壳上均匀分布同轴浮子阀进液孔，同轴浮子阀内壳内置有同轴浮子阀浮子，同轴浮子阀浮子为浮球或圆柱体，同轴浮子阀内壳顶端和底端分别设置同轴浮子阀排气口和同轴浮子阀排液口，同轴浮子阀排气口和同轴浮子阀排液口分别连接排气管线和排液管线。
所述的平衡阀包括同轴套装的平衡阀外壳和平衡阀内壳，平衡阀外壳下部设置平衡阀进液口，平衡阀内壳上均匀分布有平衡阀进液孔，平衡阀内壳内置有平衡阀浮子，平衡阀浮子为浮球或圆柱体，平衡阀内壳顶端和底端分别设置平衡阀排气口和平衡阀排液口，平衡阀排气口和平衡阀排液口分别通过高压细管线连接排气管线和排液管线。
所述的分离罐底部的出液口处设有液面稳定器，所述的液面稳定器为横向设置的一端封闭的管柱结构，管柱的底侧面均匀分布有进液小孔，管柱端部的出口与出液口连通。
所述的分离罐顶部的出气口处设有捕雾器。
所述的分离器还通过管线连接一个安全阀，所述的同轴浮子阀连接的排气管县通过一个支管线与安全阀连通。
所述的高压气液分离控制装置还包括一个PLC控制器，所述的PLC控制器分别与压力表、气体流量计、液体流量计、磁翻板液位计、进液电控调节阀、排液口电控调节阀、排气口电控调节阀连接、温度压力变送器连接。
所述的PLC控制器包括监测分离器数据的监测模块、对监测数据进行运算分析并作出运算命令的运算模块、执行运算命令的执行模块以及显示运算和调控结果的显示模块。
一种高压气液分离控制装置的控制方法，按照以下步骤进行：
（1）设置分离器初始工作压力0.1MPa，设置压力增幅0.1MPa；
（2）PLC控制器监测模块实时监测分离器工作压力P、液位h、气体流量计含水率与液体流量计紊乱情况；
（3）若PLC控制器监测模块检测到液体流量计和气体流量计工作正常，提前结束控制；
（4）若PLC控制器监测模块检测到气体流量计含水率高或液体流量计紊乱，且工作压力P > 4MPa,将信号传给PLC控制器执行模块，控制进液电控调节阀，减少进液量；
（5）若PLC控制器监测模块检测到气体流量计含水率高或液体流量计紊乱，且工作压力P ＜ 4MPa；PLC控制器运算模块接收PLC控制器监测模块的信号与数据，计算分离器罐内气相流速V与对应工作压力下的气相允许流速Vc；
（6）PLC控制器运算模块比较V与Vc大小：若V < Vc，PLC控制器执行模块不接受信号，同时给PLC控制器显示模块反馈“阀出错”信号，并报警提示；若V＞ Vc，PLC控制器执行模块接收信号，增加排液电控调节阀和排气电控调节阀压力0.1MPa；
（7）压力调整后PLC控制器运算模块接收信号，比较调整后的分离器工作压力P1与原分离器工作压力P；若P1—P<0.1，PLC控制器运算模块反馈“压力未调节”信号给PLC控制器显示模块并报警提示，此时，通过手动控制电磁阀的方式同时增加排液电控调节阀和排气电控调节阀压力0.1MPa；若P1—P>=0.1MPa，PLC控制器监测模块检测此时气体流量计含水率和液体流量计紊乱情况，并将信号反馈给显示模块；
（8）若PLC控制器显示模块显示不正常，重复步骤（4）至（7）；若PLC控制器显示模块显示正常，结束控制。
本发明提供的这种高压气液分离控制装置及其控制方法的有益效果：
（1）本发明的高压气液分离装置采用卧式分离罐，其气相处理能力是立式分离器的3～5倍。
（2）出气口、出液口采用同轴浮子阀控制，实现气液比变化很大时，出液口只能出液，出气口只能出气。
（3）平衡阀与同轴浮子阀连通，使得同轴浮子阀关闭一侧只能在液位恢复到正常液位时，才能重新开启；避免了液位在最高或最低时，因液位波动而造成出气口携液、出液口带气。
（4）本发明的同轴浮子阀与平衡阀安装于分离罐外，便于维护与更换。
（5）本发明的高压气液分离装置出液口处采用液面稳定器，降低了原有大口径出液时产生的巨大凹形漩涡吸卷气相。
（6）本发明采用PLC控制器同步控制出液口、出气口电控调节阀，提高分离器工作压力的同时稳定罐内压力。
（7）本发明的高压气液分离控制装置及方法，可控制工作压力范围（0.1～4）MPa，可适应气液比变化较大的工况。
（8）本发明的控制信号以压力-温度变送器、磁翻板液位计、出液口流量计、出气口流量计作为检测点，所用信息易于采集。
附图说明
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1是高压气液分离控制装置结构示意图。
图2是本发明的控制方法流程图。
图3是同轴浮子阀结构示意图。
图4是平衡阀结构示意图。
图5是液面稳定器结构示意图。
附图标记说明：1、压力变送器；2、进液电控调节阀；3、整流板；4、手动调节阀；5、排污口；6、液面稳定器；7、出液口；8、磁翻板液位计；9、温度压力变送器；10、安全阀；11、捕雾器；12、出气口；13、同轴浮子阀；14、排液电控调节阀；15、液体流量计；16、平衡阀；17、排气电控调节阀；18、气体流量计；19、燃烧器；20、同轴浮子阀进气口；21、同轴浮子阀进液口；22、同轴浮子阀内壳；23、同轴浮子阀外壳；24、同轴浮子阀进液孔；25、同轴浮子阀浮子；26、同轴浮子阀排液口；27、排液管线；28、同轴浮子阀排气口；29、排气管线；30、平衡阀进液口；31、平衡阀外壳；32、平衡阀内壳；33、平衡阀进液孔；34、平衡阀浮子；35、平衡阀排气口；36、平衡阀排液口；37、高压细管线。
具体实施方式
实施例1：
本实施例提供一种高压气液分离控制装置，如图1所示，包括分离罐，分离罐连接有进液管线，分离罐上设置有出液口7、出气口12和排污口5，分离罐可以是卧式或立式分离罐，本实施例中，采用分离罐卧式分离罐，其气相处理能力是立式分离器的3～5倍，所述的分离罐上还安装有磁翻板液位计8和温度压力变送器9，实时检测分离器工作状况。
进液管线上设有压力变送器1和进液电控调节阀2，所述的进液管线连接的分离罐进液口处设有整流板3。排污口5连接排污管线，排污管线上设有手动调节阀4。
出液口7、出气口12分别通过管线连接同轴浮子阀13，同轴浮子阀13连接着平衡阀16；所述的同轴浮子阀13顶部连接排气管线29，底部连接排液管线27，排液管线27上设有排液电控调节阀14和液体流量计15，将液体通过管线远输回收利用。排气管线29上设有排气电控调节阀17和气体流量计18，排气管线29连接着燃烧器19，将气相通过管线输送至燃烧器19点燃。
基于上述结构，本实施例设计一套分离罐的具体尺寸：
（1）离罐主体尺寸的计算以及出液口7与出气口12直径的设计计算：
设计依据：酸化排液阶段液体流量最大1方/分。在排液后期，气液比能达到50%以上时，混合液中气体流量最大为10万方/天。分离罐的工作压力在(0-4)MPa。依据这些主要参数对分离罐主体尺寸及出液口和出气口直径参数进行设计计算。
参照国标SYT0515《分离器规范》设计准则。卧式分离器需满足2min-4min的持液量。同时需具备一定时间的缓冲量，缓冲时间一般为持液时间的1/2。
通过迭代计算，选取持液时间和缓冲时间分别为2min和1min，得分离器罐体直径和直段高度为1.2mX4.5m。设计最高液位720mm，正常工作液位550mm，最低液位230mm。
分离器主体尺寸校核：
根据液滴沉降至集液部分所需的时间应小于气流把液滴带出分离器所需时间作为气相允许流速计算的依据。卧式分离器气相允许流速计算如下： Vc=0.7(L/(1-h)D)VL。液面高度选择设计最低液位h=1/6。液滴沉降速度VL=Reμg/dρg，由雷诺数定义求得。在P >0.4MPa时，天然气分离能力：Qg=D2 Wg P Ts 10^6/(5.342 Ps T Z B)=12万方/天，满足设计要求。
（2）气液分离罐出气口直径计算：
分离器工作压力4MPa以内，气量不小于1x105m3/d。根据求产计算公式得：186 Xd2X4X9.8/（0.58X300）0.5>1x105m3/d；可得：d=40mm。所以确定该气液分离罐出气口12直径为40mm。
（3）气液分离罐出液口直径计算：
分离器工作压力4MPa以内，液体最大流量1方/分。根据文丘里节流计算公式，计算得出液口7直径计算为35mm。所以，确定分离罐出液口7直径为35mm。
综上所述，本实施例保证分离罐液体处理能力最大为1方/分，天然气的分离能力不小于1x105m3/d。分离器工作压力4MPa以内。所需分离罐主体直径与长度为：1.2mX4.5m。分离罐出气口直径为40mm，出液口直径为35mm。
实施例2：
为了实现气液比变化很大时，出液口只能出液，出气口只能出气。本实施例同轴浮子阀13、平衡阀16安装在分离罐外部，便于更换维修。所述的同轴浮子阀13的进气口与分离器内部的最高液面相平，同轴浮子阀13的进液口低于分离器内部的最低液面一个浮球高度。
如图3所示，本实施例中同轴浮子阀13采用互锁式浮子，同轴浮子阀13包括同轴套装的同轴浮子阀外壳23和同轴浮子阀内壳22，同轴浮子阀外壳23上部和下部分别设置同轴浮子阀进气口20和同轴浮子阀进液口21，同轴浮子阀内壳22上均匀分布同轴浮子阀进液孔24，同轴浮子阀内壳22内置有同轴浮子阀浮子25，同轴浮子阀浮子25为浮球或圆柱体，同轴浮子阀内壳22顶端和底端分别设置同轴浮子阀排气口28和同轴浮子阀排液口26，同轴浮子阀排气口28和同轴浮子阀排液口26分别连接排气管线29和排液管线27。
同轴浮子阀13工作时至少一端出口开启；同轴浮子阀13的浮子采用球形或圆柱体，利用重力与浮力的关系开关阀口；同轴浮子阀浮子25由同轴浮子阀内壳22约束只能在竖直方向上运动，同轴浮子阀内壳22上均匀分布同轴浮子阀进液孔24，使得内壳和外壳构成连通器结构。
如图4所示，本实施例中平衡阀16包括同轴套装的平衡阀外壳31和平衡阀内壳32，平衡阀外壳31下部设置平衡阀进液口30，平衡阀内壳32上均匀分布有平衡阀进液孔33，平衡阀内壳32内置有平衡阀浮子34，平衡阀浮子34为浮球或圆柱体，平衡阀内壳32顶端和底端分别设置平衡阀排气口35和平衡阀排液口36，平衡阀排气口35和平衡阀排液口36分别通过高压细管线37连接排气管线29和排液管线27。
平衡阀16的浮子采用浮球或圆柱体，利用重力与浮力与压力差三者的关系开关阀口；平衡阀16消除同轴浮子阀13阀口关闭后受压力差的影响。
为达到设备运行安全可靠，以下对同轴浮子阀和平衡阀设计计算：
（1）同轴浮子阀设计：
浮球靠浮力克服重力开启排液口需满足条件：F浮—G> 0;浮球靠浮力克服重力关闭排气口需满足条件：F浮—G> 0 。
浮球采用比重为1.14尼伦材料制作。浮球为空心球，其内外半径需满足R/r<2。本实施例优选外半径R=50mm，内径r=35mm。
同轴浮子阀进气口高度与最高液位相平，进液口低于设计最低液面一个浮球高度。分离罐内液位设计最高Hh=720mm，最低液位HL=230mm。依据液位变化设计同轴浮子阀高度：H=Hh—HL+H浮球+H触头=720-230+100+10=600mm。
（2）平衡阀的设计：
由于同轴浮子阀一旦关闭后，阀的内外压差较大，浮子阀不能复位。所以设计了平衡阀，利用浮球重力与浮力的关系开关平衡阀，进而消除同轴浮子阀受压差干扰。
分离罐内最高压力4MPa，平衡阀上下出口直径2mm。所以，阀内外压差产生的压力FP=4MPa∏(D0.002)2/4=12.56N；
平衡阀底部出口开启，需满足：F浮—G—FP > 0;
平衡阀顶部出口开启，需满足：G—FP > 0；
由上述关系计算得：若浮球采用实心球时：ρ球/ρ液 < 0.5，得R球> 84mm。若浮球采用空心球时，可得R球> 84mm。所以，浮球选择比重大于1的尼伦材料，优选浮球外径R=85mm,计算得浮球空心半径r=70mm。
（3）同轴浮子阀及平衡阀工作原理如下：
同轴浮子阀采用互锁式浮子，排气口关闭时，排液口保持通畅；排液口关闭时，排气口保持通畅。同轴浮子阀的进气口、进液口与分离罐的出气口、出液口用管线连通，构成连通器。平衡阀与浮子阀连通，同样构成连通器。
当分离器液位处于正常液位时，浮球悬浮，阀的排液口与排气口保持通畅。进气量小时，进液量很大。当液位上升至最高液位时，浮球随液位上升，浮球关闭排气口。由于平衡阀上部出口低于同轴浮子阀排气口，所以平衡阀上部出口由浮球提前关闭。由于同轴浮子阀关闭后，排气口内外形成最大4MPa的压力差，排气口保持关闭状态。
当液位降低至正常液位为时，平衡阀浮子不受浮力作用，并在G—FP > 0的作用下，平衡阀上部出口开启。连通同轴浮子阀排气口管线，排气口内外压差消除，浮球在重力作用下自动开启排气口。
同理，进气量很大时，进液量减小。液位逐渐降低至设计最低液位，同轴浮子分浮球随液位下行关闭排液口。由于平衡阀底部出口高于同轴浮子阀排液口，所以在液位下降过程中平衡阀底部提前关闭。由于同轴浮子阀排液口关闭后，排液口内外形成最大4MPa的压力差，排液口保持关闭。液位逐渐上升，当液位上升至正常液位时，平衡阀浮子在F浮—G—FP > 0的作用下，底部出口开启，连通同轴浮子阀排液口管线，浮球在F浮>G作用下排液口开启。
实施例3：
基于上述两个实施例中的结构，本实施例中，分离罐底部的出液口7处设有液面稳定器6，如图5所示，所述的液面稳定器6为横向设置的一端封闭的管柱结构，管柱的底侧面均匀分布有进液小孔，管柱端部的出口与出液口7连通。分离罐顶部的出气口12处设有捕雾器11。分离器还通过管线连接一个安全阀10，所述的同轴浮子阀13连接的排气管县通过一个支管线与安全阀10连通。
分离罐出液口7在排液时会形成凹形漩涡，吸卷气流。凹形漩涡越大，气相吸卷越厉害，气锥现象越严重。所以出液口设置液面稳定器，使得排液时形成很小的漩涡，对液面几乎无影响。而不是一个凹形大漩涡波及液面吸卷气相，引发气锥导致出液口出气。
液面稳定器结构如图5所示。为了最大限度的减少出液口漩涡，对液面稳定器进行设计计算。
根据流体力学小孔出流知，小孔直径为4mm时产生的漩涡很小，压降适合。所以，优选4mm小孔。由孔的等效直径计算：de = d；（其中de为出液口直径，d为液面稳定器中分布的小孔直径）。35=4 ，小孔个数为n=76个 。
综上所述，液面稳定器为内径为35mm，长为1m的管柱结构，底侧面均匀分布有76个直径为4mm的进液孔，水平放置，与出液口管线连接。
实施例4：
为解决高压分离器出气口出液，出液口出气和常压分离器分离能力不足的问题，本实施例采用高压分离，高压分离成功与否的关键是控制分离器罐内压力，稳定分离器工作压力。
为解决高压分离器因罐内压力控制不当导致的出气口携液，出液口因气锥而排一点液就会气液同出的问题。本实施例采用分离罐的入口处设有进液电控调节阀2、排液口处设有排液电控调节阀14、排气口处设有排气电控调节阀17。
本实施例采PLC控制器调节电控调节阀，高压气液分离控制装置还包括一个PLC控制器，所述的PLC控制器分别与压力表、气体流量计18、液体流量计15、磁翻板液位计8、进液电控调节阀2、排液口电控调节阀14、排气口电控调节阀连接17、温度压力变送器9连接。
PLC控制器包括监测分离器数据的监测模块、对监测数据进行运算分析并作出运算命令的运算模块、执行运算命令的执行模块以及显示运算和调控结果的显示模块。
PLC控制器调节电控调节阀，提高分离器罐内压力的同时，稳定分离器工作压力，PLC控制器监测到分离罐内气相流速大于允许流速时，说明气液分离能力下降，PLC控制器同时增加排气口电控调节阀与排液口电控调节分压力值0.1MPa，气相在压力增加后，体积压缩，流速降低，流速降低至当前工作压力下的允许流速，分离器重新进入正常分离状态。当PLC控制器监测到分离器罐内压力高于4MPa时，PLC控制器调节进液口电控调节阀，减小进液量，将分离器工作压力控制在4MPa以内。
分离罐排液口与排气口电控调节阀采取PLC控制同步调整，目的是提高分离器工作压力的同时稳定罐内压力。
实施例5：
气井酸化排液时，井口压力变化从0mpa开始逐渐升至30mpa，再逐渐减小至0mpa，最后回复至20mpa。相应的，初始时井口返排液几乎全部为液体，流量为1方/分。之后气相开始逐渐增多至几乎全部为气相，流量为10万方/天。最后气液比逐渐趋于50%。因此，需要根据井口气液比实时调整分离器工作压力。
本实施例提供一种高压气液分离控制装置的控制方法，如图2所示，按照以下步骤进行：
（1）设置分离器初始工作压力0.1MPa，设置压力增幅0.1MPa；
（2）PLC控制器监测模块实时监测分离器工作压力P、液位h、气体流量计18含水率与液体流量计15紊乱情况；
（3）若PLC控制器监测模块检测到液体流量计15和气体流量计18工作正常，提前结束控制；
（4）若PLC控制器监测模块检测到气体流量计18含水率高或液体流量计15紊乱，且工作压力P > 4MPa,将信号传给PLC控制器执行模块，控制进液电控调节阀2，减少进液量；
（5）若PLC控制器监测模块检测到气体流量计18含水率高或液体流量计15紊乱，且工作压力P ＜ 4MPa；PLC控制器运算模块接收PLC控制器监测模块的信号与数据，计算分离器罐内气相流速V与对应工作压力下的气相允许流速Vc；
（6）PLC控制器运算模块比较V与Vc大小：若V < Vc，PLC控制器执行模块不接受信号，同时给PLC控制器显示模块反馈“阀出错”信号，并报警提示；若V＞ Vc，PLC控制器执行模块接收信号，增加排液电控调节阀（14）和排气电控调节阀17压力0.1MPa；
（7）压力调整后PLC控制器运算模块接收信号，比较调整后的分离器工作压力P1与原分离器工作压力P；若P1—P<0.1，PLC控制器运算模块反馈“压力未调节”信号给PLC控制器显示模块并报警提示，此时，通过手动控制电磁阀的方式同时增加排液电控调节阀14和排气电控调节阀17压力0.1MPa；若P1—P>=0.1MPa，PLC控制器监测模块检测此时气体流量计18含水率和液体流量计15紊乱情况，并将信号反馈给显示模块；
（8）若PLC控制器显示模块显示不正常，重复步骤（4）至（7）；若PLC控制器显示模块显示正常，结束控制。
其中，气体流量计实时计量天然气流量q1，将信号传输至PLC控制器运算模块。压力变送器实时监测分离器工作压力p，将信号传输至运算模块并计算出工作压力下的允许流速Vc与实际流速v的大小关系。
磁翻板液位计实时监测分离器液位高度h, 将信号传输至PLC控制器运算模块，计算气相流通截面积A，计算公式如下： A=3.14r2/8+ 。进一步计算出分离罐内气相流速V=q1/A。
PLC控制器运算模块比较气相流速与相应工作压力下的允许流速大小关系，将信号反馈至执行模块。允许流速Vc计算公式如下：Vc=0.7(L/(1-h)D)VL，液滴沉降VL=Reμg/dρg 。经过计算知，气相流量10万方/天的气液分离雷诺数是在过渡区，计算公式如下：Re=0.153Ar0.714 ，Ar=d3(ρL-ρg)gρg/μg 2。以上公式作为实时工作压力下气相允许流速计算公式，作为PLC控制器编程依据。
综上所述，本发明提供的这种高压气液分离控制装置及其控制方法，解决了低压分离器分离能力不足和高压分离器人工控制出口阀开口度导致出气口出液，出液口出气的问题。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，例如将卧式分离罐更换为立式分离罐采用类似的控制装置与方法，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (9)

1.一种高压气液分离控制装置，包括分离罐，分离罐连接有进液管线，分离罐上设置有出液口（7）、出气口（12）和排污口（5），其特征在于：
所述的进液管线上设有压力变送器（1）和进液电控调节阀（2），所述的进液管线连接的分离罐进液口处设有整流板（3）；
所述的排污口（5）连接排污管线，排污管线上设有手动调节阀（4）；
所述的出液口（7）、出气口（12）分别通过管线连接同轴浮子阀（13），同轴浮子阀（13）连接着平衡阀（16）；所述的同轴浮子阀（13）顶部连接排气管线（29），底部连接排液管线（27），排液管线（27）上设有排液电控调节阀（14）和液体流量计（15），排气管线（29）上设有排气电控调节阀（17）和气体流量计（18），排气管线（29）连接着燃烧器（19）；
所述的分离罐上还安装有磁翻板液位计（8）和温度压力变送器（9）；
所述的同轴浮子阀（13）采用互锁式浮子，同轴浮子阀（13）包括同轴套装的同轴浮子阀外壳（23）和同轴浮子阀内壳（22），同轴浮子阀外壳（23）上部和下部分别设置同轴浮子阀进气口（20）和同轴浮子阀进液口（21），同轴浮子阀内壳（22）上均匀分布同轴浮子阀进液孔（24），同轴浮子阀内壳（22）内置有同轴浮子阀浮子（25），同轴浮子阀浮子（25）为浮球或圆柱体，同轴浮子阀内壳（22）顶端和底端分别设置同轴浮子阀排气口（28）和同轴浮子阀排液口（26），同轴浮子阀排气口（28）和同轴浮子阀排液口（26）分别连接排气管线（29）和排液管线（27）。
2.如权利要求1所述的高压气液分离控制装置，其特征在于：所述的同轴浮子阀（13）、平衡阀（16）安装在分离罐外部，所述的同轴浮子阀（13）的进气口与分离器内部的最高液面相平，同轴浮子阀（13）的进液口低于分离器内部的最低液面。
3.如权利要求1或2所述的高压气液分离控制装置，其特征在于：所述的平衡阀（16）包括同轴套装的平衡阀外壳（31）和平衡阀内壳（32），平衡阀外壳（31）下部设置平衡阀进液口（30），平衡阀内壳（32）上均匀分布有平衡阀进液孔（33），平衡阀内壳（32）内置有平衡阀浮子（34），平衡阀浮子（34）为浮球或圆柱体，平衡阀内壳（32）顶端和底端分别设置平衡阀排气口（35）和平衡阀排液口（36），平衡阀排气口（35）和平衡阀排液口（36）分别通过高压细管线（37）连接排气管线（29）和排液管线（27）。
4.如权利要求1或2所述的高压气液分离控制装置，其特征在于：所述的分离罐底部的出液口（7）处设有液面稳定器（6），所述的液面稳定器（6）为横向设置的一端封闭的管柱结构，管柱的底侧面均匀分布有进液小孔，管柱端部的出口与出液口（7）连通。
5.如权利要求1或2所述的高压气液分离控制装置，其特征在于：所述的分离罐顶部的出气口（12）处设有捕雾器（11）。
6.如权利要求1或2所述的高压气液分离控制装置，其特征在于：所述的分离器还通过管线连接一个安全阀（10），所述的同轴浮子阀（13）连接的排气管线通过一个支管线与安全阀（10）连通。
7.如权利要求1所述的高压气液分离控制装置，其特征在于：所述的高压气液分离控制装置还包括一个PLC控制器，所述的PLC控制器分别与压力表、气体流量计（18）、液体流量计（15）、磁翻板液位计（8）、进液电控调节阀（2）、排液电控调节阀（14）、排气电控调节阀（17）、温度压力变送器（9）连接。
8.如权利要求7所述的高压气液分离控制装置，其特征在于：所述的PLC控制器包括监测分离器数据的监测模块、对监测数据进行运算分析并作出运算命令的运算模块、执行运算命令的执行模块以及显示运算和调控结果的显示模块。
9.如权利要求1所述的高压气液分离控制装置的控制方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
（1）设置分离器初始工作压力0.1MPa，设置压力增幅0.1MPa；
（2）PLC控制器监测模块实时监测分离器工作压力P、液位h、气体流量计（18）含水率与液体流量计（15）紊乱情况；
（3）若PLC控制器监测模块检测到液体流量计（15）和气体流量计（18）工作正常，提前结束控制；
（4）若PLC控制器监测模块检测到气体流量计（18）含水率高或液体流量计（15）紊乱，且工作压力P > 4MPa,将信号传给PLC控制器执行模块，控制进液电控调节阀（2），减少进液量；
（5）若PLC控制器监测模块检测到气体流量计（18）含水率高或液体流量计（15）紊乱，且工作压力P ＜ 4MPa；PLC控制器运算模块接收PLC控制器监测模块的信号与数据，计算分离器罐内气相流速V与对应工作压力下的气相允许流速Vc；
（6）PLC控制器运算模块比较V与Vc大小：若V < Vc，PLC控制器执行模块不接受信号，同时给PLC控制器显示模块反馈“阀出错”信号，并报警提示；若V＞ Vc，PLC控制器执行模块接收信号，增加排液电控调节阀（14）和排气电控调节阀（17）压力0.1MPa；
（7）压力调整后PLC控制器运算模块接收信号，比较调整后的分离器工作压力P1 与原分离器工作压力P；若P1—P<0.1，PLC控制器运算模块反馈“压力未调节”信号给PLC控制器显示模块并报警提示，此时，通过手动控制电磁阀的方式同时增加排液电控调节阀（14）和排气电控调节阀（17）压力0.1MPa；若P1—P>=0.1MPa，PLC控制器监测模块检测此时气体流量计（18）含水率和液体流量计（15）紊乱情况，并将信号反馈给显示模块；
（8）若PLC控制器显示模块显示不正常，重复步骤（4）至步骤（7）；若PLC控制器显示模块显示正常，结束控制。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108034468B (zh) * 2017-12-21 2024-02-27 银球节能工程有限公司 快开全启式天然气气液分离器
CN108480068A (zh) * 2018-01-23 2018-09-04 博迈科海洋工程股份有限公司 一种可调式浮子自动液位控制的管柱式旋流气液分离器
CN108488471A (zh) * 2018-05-08 2018-09-04 西安石油大学 一种可调式双向浮子阀及其工作方法
CN108625848B (zh) * 2018-06-07 2024-03-01 中国石油天然气集团公司 无动力自动排液计量装置及其计量方法
CN109989738A (zh) * 2019-04-11 2019-07-09 燕山大学 一种气液分离器用智能气相排放控制装置和方法
CN113444552B (zh) * 2020-03-27 2024-06-18 中国石油化工股份有限公司 一种双作用式的分离器自动排液系统
CN112324432B (zh) * 2020-11-30 2022-03-08 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 一种气井井口撬装取液样装置
CN115325179B (zh) * 2022-07-04 2023-06-06 浙江安构控制阀科技有限公司 一种液气分离排出方法及具备该效用的调节阀

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02229590A (ja) * 1989-03-02 1990-09-12 Toray Ind Inc 水処理方法
CN2447329Y (zh) * 2000-08-23 2001-09-12 王文有 可提高水能态活性的水处理装置
CN104909419A (zh) * 2015-05-25 2015-09-16 中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司 一种气井压裂返排液分离装置
CN205862206U (zh) * 2016-08-03 2017-01-04 重庆长江涂装设备有限责任公司 单组分高粘度胶精确计量控制系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02229590A (ja) * 1989-03-02 1990-09-12 Toray Ind Inc 水処理方法
CN2447329Y (zh) * 2000-08-23 2001-09-12 王文有 可提高水能态活性的水处理装置
CN104909419A (zh) * 2015-05-25 2015-09-16 中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司 一种气井压裂返排液分离装置
CN205862206U (zh) * 2016-08-03 2017-01-04 重庆长江涂装设备有限责任公司 单组分高粘度胶精确计量控制系统

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