通過(guò)hysys探究某氣田氣量與進(jìn)出口壓力關(guān)系

黃睿雪 田園 王鴻達(dá) 李亞茜 鄧俊哲

摘 要：由于氣田開(kāi)發(fā)進(jìn)入中后期，氣田氣量及壓力逐漸降低，導(dǎo)致原料氣集輸系統(tǒng)負(fù)荷率偏低，特別是壓縮機(jī)組由于氣量及壓力的降低導(dǎo)致壓比增高，壓縮機(jī)工作在特性曲線的低效區(qū)。導(dǎo)致能耗大，且會(huì)引起振動(dòng)等現(xiàn)象，損壞壓縮裝置。本文通過(guò)hysys模擬壓縮機(jī)組熱量和壓力的線性變化從而使得增壓設(shè)備始終工作在特性曲線高效區(qū)。

關(guān)鍵詞：壓縮機(jī)組;脫水裝置;hysys

1 集輸工藝介紹

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)氣田實(shí)驗(yàn)采氣、先導(dǎo)試驗(yàn)、規(guī)模建產(chǎn)等幾個(gè)階段，形成了東、中、西三條氣藏開(kāi)發(fā)帶，通過(guò)近幾年產(chǎn)能建設(shè)，形成集氣站流程為：氣井來(lái)氣經(jīng)三甘醇脫水之后進(jìn)行增壓處理，增壓之后返回?fù)Q熱器回收冷量并外輸。

2 集輸工藝模型建立

氣田集輸工藝包含集輸管網(wǎng)和脫水工藝、增壓工藝三部分，其中集輸管網(wǎng)采用TGNET軟件，脫水工藝以及壓縮工藝都可以采用HYSYS軟件進(jìn)行模擬，并基于實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)修正并驗(yàn)證模型模擬精度，用于增壓集輸方案的建立及分析。

2.1 模型建立方法

由于氣井到集氣站間管線數(shù)量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且壓降較大，對(duì)本文增壓集輸工藝技術(shù)的影響較大。因此本文將總體集輸管網(wǎng)進(jìn)行研究，采用TGNET和HYSYS分別建立模型，綜合形成氣田集輸工藝模型。根據(jù)該氣田提供的管線資料，采用某日的生產(chǎn)數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)，用TGNET軟件模擬集輸管網(wǎng)的運(yùn)行狀況。整個(gè)模型建立過(guò)程包括兩部分，一是根據(jù)已知的管網(wǎng)布置、管網(wǎng)參數(shù)建立仿真模型，包括氣體的組成、計(jì)算方程選擇、首站進(jìn)站壓力;二是根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)各集氣站的出站壓力進(jìn)行驗(yàn)證，分別將不同工況下各集氣站進(jìn)口壓力輸入模型，將模型反算得到的各集氣站出站壓力與氣田生產(chǎn)日?qǐng)?bào)中實(shí)際出站壓力進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果修正模型的管線參數(shù)，并利用修正后模型模擬其他生產(chǎn)工況，驗(yàn)證模型對(duì)其他工況的適用性，保證模型模擬分析的準(zhǔn)確性。

集氣站流的脫水工藝模型采用HYSYS軟件建立，根據(jù)集氣站工藝流程和工藝參數(shù)對(duì)集氣站脫水工藝效果進(jìn)行模擬，通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)來(lái)分析不同工況下的脫水效果。模型建立主要包括兩部分，一部分是狀態(tài)方程、氣體組分等基礎(chǔ)參數(shù)的確定，并根據(jù)集氣站流程搭建模型;另一部分是模型參數(shù)的輸入、計(jì)算及模擬結(jié)果的驗(yàn)證，即可實(shí)現(xiàn)集氣站節(jié)流脫水工藝的模擬以及預(yù)測(cè)。集輸工藝的模擬通過(guò)結(jié)合以上兩種模型，通過(guò)集輸管網(wǎng)模型模擬得到各集氣站出站壓力及管網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，在此基礎(chǔ)上采用脫水工藝模型對(duì)集氣站運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行模擬，確定脫水效果及集氣站最佳出站壓力等，實(shí)現(xiàn)氣田集輸工藝的分析及預(yù)測(cè)。

2.2 建立集輸管網(wǎng)動(dòng)態(tài)模擬

參數(shù)如下表2-1所示：

粗糙度是影響管網(wǎng)運(yùn)行的重要因素之一，在模型建立過(guò)程中，TGNET軟件可以通過(guò)不同管線設(shè)置不同的粗糙度，來(lái)保證模擬精度。由于管道粗糙度和管道效率會(huì)影響管網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，結(jié)合該氣田生產(chǎn)現(xiàn)狀，由于該氣田管線為運(yùn)行過(guò)一段時(shí)間的舊管，通過(guò)調(diào)研文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，管道粗糙度取0.05mm，輸送效率一般在0.9～0.95之間。因此，在初始建模過(guò)程中，管道粗糙度取0.05mm，管道輸送效率取0.9，建立模型后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)各參數(shù)進(jìn)行修正。

得到相對(duì)應(yīng)的計(jì)算結(jié)果如圖2-2：

氣體進(jìn)入管線后溫度會(huì)很快接近地溫，因此模型輸入的各集氣站的氣體出站溫度與該季節(jié)地溫相同，根據(jù)當(dāng)?shù)氐奶鞖鉅顩r設(shè)置。模型的建立以各集氣站輸量、末站壓力作為設(shè)定值，各集氣站出站壓力作為校核數(shù)據(jù)。

動(dòng)態(tài)模擬如圖2-3所示：

2.3 脫水模型建立

采用HYSYS軟件對(duì)集氣站工藝流程進(jìn)行模擬，建立集氣站節(jié)流脫水的計(jì)算模型，并在此基礎(chǔ)上對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行分析。由于該氣田站內(nèi)流量較大、露點(diǎn)降要求較大，因此選用三甘醇脫水。

2.3.1 基礎(chǔ)模擬參數(shù)

2.3.1.1 氣體組分

2.3.1.2 計(jì)算方程

根據(jù)氣田氣體組分特點(diǎn)，在模型建立過(guò)程中選取最常用的Peng-Robinson狀態(tài)方程。

2.3.1.3 工藝流程

氣田集氣站數(shù)量眾多，各站流程相似，根據(jù)調(diào)研得到的各集氣站工藝流程和氣井?dāng)?shù)量，搭建模型。集氣站模型不考慮加熱爐，三甘醇脫水裝置模擬如圖2-4所示：

由圖可得知，初始階段三甘醇為512kg/h的投入量，在安全閥VLV-100前以525.6/h的投入量投入管線中。

2.4 增壓裝置模型建立

由于氣田開(kāi)發(fā)進(jìn)入中后期，氣田氣量及壓力逐漸降低，導(dǎo)致原料氣集輸系統(tǒng)負(fù)荷率偏低，特別是壓縮機(jī)組由于氣量及壓力的降低導(dǎo)致壓比增高，壓縮機(jī)工作在特性曲線的低效區(qū)。導(dǎo)致能耗大，且會(huì)引起振動(dòng)等現(xiàn)象，損壞壓縮裝置。氣量和壓力的降低也會(huì)導(dǎo)致下游脫水工藝過(guò)程效率偏低，負(fù)荷不足，因此針對(duì)氣田氣量及壓力逐漸降低這一動(dòng)態(tài)過(guò)程的特點(diǎn)，制定運(yùn)行調(diào)度動(dòng)態(tài)優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)增壓負(fù)荷率提升，增壓設(shè)備始終工作在特性曲線高效區(qū)。

該增壓模擬在脫水模擬之后加入增壓裝置，因此相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)與脫水模擬參數(shù)一致。

增壓模擬如圖2-5所示。

結(jié)果如下圖2-6所示：

用上述方法通過(guò)改變熱能能量以此改變輸出壓力的方式做了第二次模擬。

模擬如下圖2-7所示：

結(jié)果如圖2-8所示：

通過(guò)調(diào)控?zé)崃看笮?lái)改變出口壓力，得出下列幾組數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論

由上圖可知，當(dāng)絕熱效率相同時(shí)，出口壓力控制在85MPa左右時(shí)，多變效率最高，但由于出口壓力太大恐難以實(shí)現(xiàn)，因此在此環(huán)境下當(dāng)出口壓力控制在14MPa左右時(shí)。最為合理。

本文系基金項(xiàng)目：重慶科技學(xué)院科技創(chuàng)新項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：YKJCX1820117。