天然氣疏水閥排液效果優化

蔚生軍，米燕華，曹凱麗，張永潔，史文博

(中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 719000)

1 疏水閥的工作原理及結構

1.1 疏水閥的工作原理

天然氣疏水閥的工作原理類似于馬桶原理，采用純機械結構，在不使用其他動力的條件下，利用浮球在液體中的浮力作為動力源，分離器的液體不斷通過管路自然流入疏水閥中，閥腔內的液位上升，浸沒浮球的體積不斷增加，從而浮球所受的浮力也不斷增加，當浮力大于浮球及杠桿系統的重力時，浮球上升，帶動杠桿上行，通過杠桿放大作用力，開啟閥芯排液；疏水閥的最大排液量大于分離器的瞬時產液量，閥腔內的液位下降，浮球下降，關閉閥芯，從而完成排液周期[1-4]。

圖1 疏水閥結構示意圖

1.2 疏水閥的結構

目前，本廠使用的均為TSS43H型疏水閥，主要由10個部分組成，結構(見圖1)。

A進液口：該口由法蘭和天然氣分離器排液口相連，使分離器中的液相介質和天然氣一同進入疏水閥中；

B天然氣回氣口：該回氣口與分離器液位計頂部相連，實現疏水閥內氣壓與分離器內氣壓相通，形成連通器，為液相介質的自由流動創造條件；

C檢查口：檢查口為非常用結構，但在工作過程中對疏水閥的故障診斷時起著很大作用；

D排液口：該法蘭接口將液相介質排到與之相連的盛液設備中；

E排污口：該口也為非常用口，但對疏水閥的故障排除起著重要作用；

F浮球：浮球通過在不同介質中的浮力差作為動力源，為啟閉閥芯的開啟提供動力；

G杠桿：運用杠桿原理，將微小的浮力或浮球系統自身重力放大，從而給啟閉閥芯提供足夠的開啟或關閉力；

H啟閉閥芯：它通過浮球的上下浮動帶動閥芯開啟或者關閉，控制介質的排除或流量；

I過濾防沖罩：能將分離器中的大顆粒固體物質過濾，同時分散因壓力波動，介質對浮球的沖擊，提高系統的穩定性；

J下腔隔板：使液相介質按照設計的流動方向運行，使液相介質中的固體微小重顆粒在由上往下的流動過程中沉降，避免對閥芯的刺傷，延長疏水閥的整體使用壽命。

表1 常用疏水閥技術參數

1.3 疏水閥的技術參數

目前，本廠使用的疏水閥主要是TSS43H型疏水閥，其技術參數(見表1)。

2 工藝流程

集氣站放空管路處理流程以閃蒸分液罐為中心，放空氣液混合物在內氣液分離。集氣站所有產生的放空氣、氣田產出水均在閃蒸分液罐中分離，并分別排入火炬及氣田產出水罐。處理后放空氣體去火炬流程，無控制閥門，而疏水閥則安裝在分離液去氣田產出水罐流程中，設計存在旁通管路(見圖2)。

圖2 疏水閥自動排液工藝流程圖

3 天然氣疏水閥排液效果優化

3.1 疏水閥目前運行現狀

自安裝疏水閥以來，出現了放空時火炬燃燒系統不暢通的問題，造成了嚴重的安全隱患。經研究，發生火炬放空氣燃燒不充分的主要原因是疏水閥排液不暢，導致閃蒸分液罐罐內積液，進一步致氣田產出水隨放空系統進入火炬系統，致使放空火炬運行不暢。

對疏水閥進行打開查驗，發現閥體內部存在雜質堆積致使閥芯有堵塞現象出現，閥體內黏稠油狀雜質堆積高度與閥芯平齊，嚴重影響排液效果(見圖3)。

3.2 疏水閥排液效果優化

為解決疏水閥雜質堵塞閥芯導致排液不暢的問題，對疏水閥內部沖洗結構進行了創新性的改造，制作安裝了反沖洗部件，優化了疏水閥的反沖洗效果，能夠加快排液速度并徹底清除堆積雜質。

相比起疏水閥原沖洗流程，沖洗力度更大，能有效清除堆積緊實的黏性雜質。經過加工后的疏水閥，從反沖洗進水口加裝直徑為8 mm不銹鋼螺旋形管路繞過浮球盤旋至閥體內腔底部，并沿管路從上到下分布直徑為3 mm的四個噴嘴，噴嘴與管路夾角45°。從反沖洗進水口通過加壓后的水流從噴嘴噴出對閥體內腔進行沖洗，攜帶雜質的液體通過沖洗出水口排出。即可實現不打開疏水閥，任意時間都可對疏水閥內沉淀雜質進行清理的目的。沖洗管路結構(見圖4)。

對其使用效果進行現場驗證。實驗發現，閥體內加裝的沖洗管路能將沖洗水流直接引至容易堆積雜質的閥芯部位。螺旋分布的四個噴嘴利用高度差，在下部噴嘴被掩埋的情況下，也可以依靠上部噴嘴將堆積雜質沖開。在使用集氣站現有潛水泵50 kPa水壓的條件下，保證了沖洗水流的力量，即可實現非常理想的沖洗效果。實驗中模擬的雜質全部被旋流沖洗出閥體，現場實施效果(見圖5)。

3.3 優化效果驗證

圖3 疏水閥打開照片

圖4 沖洗管路

圖5 疏水閥堆積雜質沖洗效果

自各站實施疏水閥沖洗結構改造并徹底清理疏水閥閥芯沉積雜質后，各站均未發生火炬攜液事件。疏水閥沖洗排污系統的優化，解決了現場實際存在的困難，減少了安全隱患，取得了良好效果。

4 結論及建議

(1)以對疏水閥的排液效果優化為目標，在充分利用已有的材料基礎上，創新性實施疏水閥沖洗結構改造并徹底清理疏水閥閥芯沉積雜質后，從而達到避免發生放空管路運行不通暢事件的發生。

(2)利用沖洗結構改造效果，表明反沖洗結構發明能夠加快排液速度并徹底清除堆積雜質，是避免放空管路運行不通暢事件的有效方法。有利于提高設備的使用效率，并且經濟效益明顯。

參考文獻：

［1］張建華，牛天軍，羅長斌，張建忠.天然氣疏水閥在長慶氣田的運用［J］.石油化工應用，2006，(1)：21-23.

［2］許丈淵，蔣長安.天然氣利用手冊［M］.北京：中國石化出版社，2002.

［3］朱利撫.天然氣處理與加工［M］.北京：石油工業出版社，1997.

［4］天然氣疏水閥說明書［G］.2004.