油气田用雾化装置设计原理及发展动态.pdf

．7 O． 石油和化工设备 2 0 1 3 年第1 6 卷 油气田用雾化装置设计原理及发展动态 李君} 韦 ，张广前 西安泵阀总厂有限公司，陕西 西安 7 1 0 0 2 5 [ 摘要]由于天然气中含有一定的水分，通过管道输送中会析出天然气水合物，温度降低时会结冰堵塞管道。为此通过注 入水合物抑制剂可消除天然气水合物。开发的油气田雾化装置用于注入水合物抑制剂。目前雾化装置正向自动连续、精确 定量的方向发展 。 [ 关键词]油气田；雾化装置；P I p 控制器； 自动控制；研发 1 研发背景 以往油 田注入水合物抑制剂采用滴注方式 ， 注入量无法控制，消耗量大 ，且与天然气混和不 均 ，抑制水合物 的形成效果较差 。将抑制剂雾化 后喷入管线或容器 ，既可减少消耗量又 能混和均 匀，提高了抑制效果。 雾化装置是 中国石油天然气总公司委托我公 司开发 的专 门用 于石 油、天然气行业防冻液和水 化物抑制剂注入 的新产 品，该产品经西安交通大 学多相流国家重 点实验室测试并通过西安质量监 督检验所检测 ，认 为结构合理，雾化性 能 良好 ， 现 已获得 国家专利 。 雾化装置能有效地使注入的防冻液和水合物 抑制剂等液体化学物质充分雾化 ，与天然气均匀 混合 ，可有效抑制 天然气水合物 的生成和 防止冰 堵 ，并能对注入量进行调节 。注入喷头采用硬质 合金特殊工艺制成 ，耐高压冲蚀 ，使用寿命长 。 本产品主要用于天然气管道或容器注入 甲醇 、乙 二醇等水合物抑制剂 ，也可注入其它液体 ，如消 泡剂、加臭剂 、除菌剂 、防腐剂、缓蚀剂等 ，本 产品可大大节约注入介质 的消耗量，混合效果理 想。 雾化装 置产 品开发 以来 已向自动 、连续 ，精 确定量的方向发展，并得到广泛应用。 2 产品的核心技术 液 体 的雾 化方 式分 液 力式 、气 力式 、离心 式 、撞击式和热力式 。液力式雾化方式是使液体 在液力推动下 ，通过小开 口或小孔 口，使其具有 足够 的速度 能量而扩散形成雾滴。优 点是用很小 的压力 几十到几百千帕 就可使液体产生足够 的速度 并充分地扩大形成雾体，该方式特别适用 液体介质的雾化。 我公司研制 的雾化装置采用直射式喷头液力 雾化技术 。该喷头 由液体切入 口、液体旋转室、 喷嘴孔等组成，见图l 。其工作原理为液体在高 压 下从液体切入 口切 向高速进入旋转室 ，使液体 在 旋转室 内产生高速运动 。根据旋转动量矩守恒 定律 ，越靠近轴心处旋转速度越大 ，经喷嘴孔喷 出雾化 。雾化器 内部分布 多个沿 圆周均布的硬质 合金喷头 ，药剂成雾化状态进入主管线中 ，与主 管线中天然气均匀混合 。 口 图1 3 雾化装置的研发 我 公司开发 的多种雾化装 置 已应用于油气 田 管线 ，在 自动化程度较低 的地区使用手动操作 的 雾化装置 。在 自动化程度较高的油气 田使用 自控 计量注入橇 。目前 ，各油 田为多种雾化装置 并存 作者简介 李君袢 1 9 7 7 一， 女，陕西西安人，1 9 9 9 年毕业于 西安仪表工业学校，助理工程师。现在西安泵阀总厂有限公司从事 阀门设计 工作。 转嘴 璇喷 嗖 僦 一 ② 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第8 期 李君袢等 油气田用雾化装置设计原理及发展动态 一 7 1． 和应用状态 。 3 ． 1 早期的雾化装置 较 早 开 发 的 I型及 I I 型 雾化 装 置 已大 量应 用于油 田。调节流量和清理过滤器均需通过手控 操作 阀门进行 。因系手工操作 ，流量控制 不够准 确 。 I型雾化装置 由一条管路组成 ，在清理过滤 器时 ，关 闭该管路 ，泄压。 I型雾化装置适用 于 问断注醇 ，如 图2 所示 。 I I 型雾化装置 由二条管路组成 ，通常一条管 路 开启，一条关 闭 在清理过滤器 时，该管路关 闭，泄压 。 I I 型雾化装置适用于不 间断注醇 ， 参照图2 所示，有两条管路。 节茕 l 一 卜接管；2 一 截止阀；3 一 精细过滤器；4 一 截止止回阀； 3 ． 2自动控制启 闭管路雾化装置 该装置适用于不 间断注入介质 ，由液压 隔膜 式 计量泵 气 动球 阀I I 型雾化装置 差压变送 器 组成 ，通过液 压隔膜式计量 泵的定量供给 功能， 可持续不 断地 向下游管道输送介质 ，此装 置适用 于对注入量有严格要求的管路。安装在雾化装置 中的智 能型差压变送器 ，用 于测量过滤器前后压 差 ，介质压力通过 隔离膜片和灌充油传递 到检测 室 的测量膜片 ，该测量膜片是一可张紧 的弹性元 件 ，用于检测测量膜片上的差压 。测量膜片 的位 移与差压成正比，最大位移0 ． 1 mm。测量膜片的位 移 由其两侧 的电容 固定极板通过直接数字 电容 电 路检测 出来 。当差压达到一定值 时，直接数字 电 容电路将该频率信号与压力信号传送到计算机中 心 ，计算机中心将信号处理后 ，控制管路 中的三 通气动球阀，使三通气动球阀动作将此条管路 自 动切断 ，连通另一条管路 ，然后清理过滤器 。该 5 一 压力表截止阀；6 一 压力表；7 一 角式节流阀；8 一 雾化器 图2 型雾化装置的优点是可以 自动切换注醇管路 ，保 证 了注醇管路 的通 畅。此装置结构紧凑 、外形美 观，并能 移动，可用于多个地点的注入。 3 - 3高压 自控计量注入雾化橇 该系统 由控制箱 、齿轮泵 、计量泵 、不锈钢 管、流量计 、止 回阀、球 阀、压力变送器、压力 表等组成 ，该系统介质经齿轮泵或止 回阀，一部 分介质进入 到下游过滤器 ，另一部分 多余 介 质通 过回路球 阀又 回到溶液罐 出口，此时止回阀 起 到防止 多余介质 回流到齿轮泵前端 ，保证计量 泵 获得足够 的流量 ，进入到过滤器 的介质再经球 阀至计量泵前端 ，介质通过计量泵进入下游压力 变送器 、流量计 、高压球 阀至用户下游 管路；在 计量泵 的后端 ，另一回路接 有安全阀，安装 安全 阀的 目的是 当计量泵 出口压力过高时，此 阀 自动 打开，释放管路压力，保护计量泵。图3 为高压 自 控计量注入雾化橇管路组装示意图。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 一 ■ 节能减排 石 油 和 化 工 设 备 2 0 1 3 年 第 1 6 卷 图3 高压自控计量注入雾化橇 如图3 所示 ，经齿轮泵的作用，介质从进 口泵 入 ，由齿轮泵出 口经直通球 阀送至计量泵 ，在计 量泵的作用下经过流量计送至 出口雾化 。该系统 采用 当今 国际流行P I D闭环控制 ，基于反馈 的概 念 ，P I D 比例． 积分一 微分 控制器做 出正确的测 量和比较后 ，可准确及时地纠正系统偏差。P I D由 比例单元 P 、积分单元 I 和微分单元 D 组成。其输入e 与输出un的关系为 u t k p [ e t l ／ T I J 。 e t d t T Dd e t ／ d t ] 式中积分的上下限分别是0 和t ，因此它的传递 函数为 G s U s ／ E s k p [ I I ／ T I X s T DS ] 其中k p 为 比例系数 ；T I 为积分 时间常数； T D为微分时间常数 。 计量泵的转速 由压 力油泵后端压力反馈到控 制箱，控制箱将信号处理后 ，控制泵 的转速 。在 系统工作时，计量泵后端的压力值实时反映给P L C 控制系统 ，P L C 控制系统输 出相应的电流信号给齿 轮泵 ，从而达 到调节齿轮泵转速最终稳定压力的 数值 ，该控制是一个P I D的闭环回路。流量计数值 的稳定过程同齿轮泵 的工作原理相同，计量泵 的 转速受 出口流量计控制 ，流量值实时反馈给P L C 控 制系统 ，P L C经过P I D运算输 出相应的 电流信号， 调节计量泵的转速 ，从而稳定 出口流量值 ，该控 制也是一个P I D闭环回路。 该雾化橇采用 了先进的数字 化控制和计量方 法 ，并且有系统过压保护功能 ，使药剂的输送雾 化系统更加稳定可靠地运行。 目前为石 油化工服务的雾化装置正在向准确 计量注入量 、系统 自动保护 、数字化远程控制 的 方 向发展。 ◆参考文献 【 1 】 王彬． 雾化角对压力式液体雾化效果影响的理论与实践研 究[ D 】 ． 重庆重庆大学，2 0 0 7 ． 【 2 ] Q／ X G F 2 0 1 3 - 2 0 1 2 ，注入剂雾化装置[ S ] ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m