分离器自动排污及污水计量功能的实现和优化

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。