管式缓冲预分离装置和分离方法及管式分离段设计方法与流程

本技术属于多相分离，尤其涉及一种管式缓冲预分离装置和分离方法及管式分离段设计方法。

背景技术：

1、随着海洋、陆地油气田以及大型凝析气田的开发，多相流混输技术得到不断的发展。由于地势不平坦和管道沿线高程的变化，在混输的管道中容易出现段塞流，天然气在管道输送过程中由于温度和压力变化也会产生凝液，在管道中形成气液两相流，最终形成段塞流。严重的段塞流会对管道末端的油气分离设备及后续工艺设施造成水力冲击、液位波动和阻塞等一系列问题，使得下游工艺设施很难正常操作。

2、容积式段塞流铺集器通常和一级分离器联合设置，缓冲段塞流对下游设施的影响。指状段塞流捕集器通常用于天然气处理站，捕集集气管线清管产生的液塞。在油田生产中，由于占地面积大，指状段塞流捕集器基本不适用，容积式段塞流捕集器捕集液塞效果较好，但存在气液分离能力不足，分离的气体需要进一步分离才能满足要求；另外由于段塞流中液塞段流速通常是气液混合流速的1.2～1.3倍，在设计时段塞流捕集器入口管嘴通常会较大。这些问题均是液塞在进入段塞流捕集器之前气液没有提前分离造成的。

3、现有的一些管式分离液塞捕集装置，一般利用下倾管易于多相流分层的特点对段塞流进行提前气液分离。由于下倾管长度受限，不利于较长的液塞的预分离，而且为了满足下倾管需要，在入口增加了一段上倾管线，这对液塞处理产生不利影响。

4、现有技术提供的段塞流捕集器气液分离效果差并且分离效率低，常见的段塞流捕集器造价昂贵，体积庞大，适应性差。现有管式分离装置设计方法不明确，导致设备结构设计无依据，有必要发明一种设计方法明确、结构简单、占地面积小、适应性强的管式缓冲预分离装置。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题。本技术提供了一种管式缓冲预分离装置和分离方法及管式分离段设计方法。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种管式缓冲预分离装置，包括：

3、管式分离段，包括主管路、汇集管及多个分支管，多个所述分支管并联连接于所述主管路及所述汇集管之间，所述主管路用于通入气液混合物所述气液混合物中的气体通过所述分支管进入至所述汇集管内，其中，分支管与主管、汇集管交汇处的压力，分支管管径及分支管间距通过压力匹配方法设计；

4、气液缓冲罐，具有气相出口及液相出口，所述汇集管及所述主管路均与所述气液缓冲罐连接。

5、在本技术可选的实施例中，所述汇集管包括第一汇集段、第二汇集段及第三汇集段，所述第一汇集段与所述气液缓冲罐连通，所述第二汇集段通过所述第三汇集段与所述气液缓冲罐连通，所述第一汇集管及所述第二汇集管均通过多个所述分支管与所述主管路连接。

6、在本技术可选的实施例中，所述第一汇集段及所述第二汇集段远离所述第三汇集段的一端封闭。

7、在本技术可选的实施例中，所述主管路还包括依次串联的来液管、扩径管、第一主管、缩径管、第二主管及连接管，所述连接管与所述气液缓冲罐连接，所述第一主管与所述第一汇集段对应设置，所述第二主管与所述第二汇集段对应设置。其中，所述第一主管、所述第一汇集段及连接所述第一主管级所述第一汇集段的所述分支管构成了第一级管式分离段，所述第二主管、所述第二汇集段及连接所述第二主管级所述第二汇集段的所述分支管构成了第二级对称管式分离段。

8、在本技术可选的实施例中，所述第二主管的管径小于所述第一主管的管径。

9、在本技术可选的实施例中，所述主管路包括依次连接的来液管、扩径管及第一主管，所述分支管与所述第一主管连接，所述第一主管的管径大于所述来液管的管径。

10、在本技术可选的实施例中，所述第一主管的长度是所述第一主管的管径的30倍。

11、第二方面，本技术实施例提供了一种管式缓冲预分离方法，应用于第一方面提供的所述管式缓冲预分离装置，所述管式缓冲预分离方法包括：

12、在第一主管入口处添加扩径管，使来液管内的气团与液团在膨胀分离的作用下降速分离，将所述第一主管内流型转变为稳定的分层流，在所述第一主管远离所述第一主管的一端处采用缩径管，增加第一主管内气体流出时的阻力，并进行气液分离，所述第一主管采用扩径的方式使流型转换为分层流，进行气液分离。

13、在本技术可选的实施例中，所述管式缓冲预分离还方法包括：扩径管与缩径管依据来液管、第一主管、第二主管选取，所述扩径管段利用膨胀原理进行降速，所述缩径管增加气体流出的阻力进行气液分离。

14、第三方面，本技术实施例提供的一种管式分离段设计方法，用于设计管式分离段，管式分离段包括：主管路、分支管、汇集管，所述主管路用于通入气液混合物；所述分支管并联连接于所述主管路及所述汇集管之间，所述气液混合物中的气体通过所述分支管进入所述汇集管内，汇集管内气体通过气体入口进入气液缓冲罐，主管内混合物通过液相入口进入气液缓冲罐。

15、所述基于压力匹配的管式分离段设计方法包括：

16、获取所述分支管的管径；

17、依据所述分支管的管径计算相邻两个所述分支管之间的间隔距离。

18、在本技术可选的实施例中，所述依据所述分支管的管径计算相邻两个所述分支管之间的间隔距离的步骤包括：

19、依据相邻的两个所述分支管的管径及长度分别计算出两个所述分支管的压降数据；

20、获取所述汇集管的第一水力坡降数据；

21、获取所述主管路的第二水力坡降数据；

22、依据所述第一水力坡降数据、第二水力坡降数据及所述压降数据计算所述间隔距离。

23、在本技术可选的实施例中，所述依据所述第一水力坡降数据、第二水力坡降数据及所述压降数据计算所述间隔距离的步骤包括：

24、在相邻的两个所述分支管中，计算远离所述气液缓冲罐的所述分支管的所述压降数据与靠近所述气液缓冲罐的所述分支管的所述压降数据之间的压降差值；

25、计算所述第二水力坡降数据与所述第一水力坡降数据之间的坡降差值；

26、计算所述坡降差值与所述压降差值之间的比值得到所述间隔距离。

27、在本技术可选的实施例中，所述依据所述第一水力坡降数据、第二水力坡降数据及所述压降数据计算所述间隔距离的步骤包括：根据以下公式计算所述间隔距离：

28、l＝(δp2-δp1)/(iz-izj)；

29、其中，l为间隔距离，δp2为远离所述气液缓冲罐的所述分支管的压降数据，δp1为靠近所述气液缓冲罐的所述分支管的压降数据，iz为所述第二水力坡降数据，izj为所述第一水力坡降数据。

30、在本技术可选的实施例中，所述依据相邻的两个所述分支管的管径分别计算出两个所述分支管的压降数据的步骤包括：

31、获取计算得到的所述分支管与所述汇集管的连接处的终点压力值；

32、依据所述管径及所述终点压力值计算出所述分支管与所述主管路的连接处的起点压力值；

33、计算所述起点压力值与所述终点压力值的差值得到所述压降数据。

34、在本技术可选的实施例中，所述依据所述管径及所述终点压力值计算出所述分支管与所述主管路的连接处的起点压力值的步骤包括：

35、获取所述管式缓冲预分离装置内的输气温度值；

36、获取所述管式缓冲预分离装置内的平均压缩因子；

37、依据所述平均压缩因子、所述输气温度值及所述管径计算出参考系数；

38、获取所述分支管的长度；

39、获取所述管式缓冲预分离装置中的气体流量；

40、依据所述分支管的长度、所述参考系数、所述气体流量、所述终点压力值计算出所述起点压力值。

41、在本技术可选的实施例中，依据以下公式计算所述参考系数：

42、

43、其中，c为所述参考系数，d为所述分支管的管径，z为所述平均压缩因子，t为所述输气温度值，b为常数。

44、在本技术可选的实施例中，依据以下公式计算所述起点压力值：

45、

46、其中，pq为所述起点压力值，pz为所述终点压力值，c为所述参考系数，l为所述分支管的长度，q为所述气体流量。