作者 | Adam Booth

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過程工程師藉助新型超聲波流量計提供的大量資訊可檢測水份殘留量，更好地瞭解特定分離器的工作方式，改善對天然氣去除水分過程的控制。

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天然氣從油氣井中開採出來時含有水。在將氣體輸送到管道進行分配之前，必須儘可能的除去殘留的水份，並提醒運營人員所檢測到的剩餘水量。

為了提高檢測效率，過程工程師需要了解從天然氣中去除水份的方法，以及現代儀表是如何準確測量轉移到管道中的氣體，並幫助檢測去除過程之後是否存在水份殘留。

天然氣通常來自油井、氣井和凝析井。來自油井的天然氣可以與石油分開存在，也可以溶解在原油中。氣井通常生產原天然氣，而凝析井則生產遊離天然氣和半液態烴類凝析物。原天然氣含有水蒸氣、硫化氫、二氧化碳、氦氣、氮氣等化合物。

原油、原始天然氣和遊離天然氣可以在井場進行處理，但是通常經管道輸送到中央處理站，該中央處理站從數十個（有時甚至是數百個）井中接受輸入的原始氣體，然後生產出清潔天然氣，輸送到管道。

天然氣處理就是從純天然氣中分離出各種碳氫化合物和流體，以獲得所謂的“適合管道輸送”的乾燥天然氣，即不含水的天然氣。

透過簡單的分離方法，可以在井口或井口附近去除一些與開採天然氣相關的水。然而，去除天然氣中存在於溶液中的水蒸氣需要進行更復雜的處理。這種處理工藝需要對天然氣進行脫水，通常涉及兩個過程之一：吸收或吸附。

分離器的型別很多，例如液體分離器、油分離器、油水分離器等，但最常見的分離器是將氣、液分離的兩相分離裝置，或者是將氣、油、水的三相分離裝置。

▎圖2 ：臥式油氣水分離器。

高效控制分離器

儀表和控制系統需要測量和控制分離器中的各種過程。在測量質量流量時，需要利用分離器中的溫度和壓力作為補充變數，進行校正計算。由於工藝運營和安全條件，分離器需要嚴格的壓力/ 溫度監控。需要持續測量、控制溫度以確保分離過程滿足合適的條件。

系統必須控制進入的流量，以確保氣體和液體的流速足夠低，從而可以實現重力分離和氣液平衡。還需要控制溫度，因為如果管道壁或儲罐的溫度降低到氣體中水蒸氣的露點以下，水就會在表面上凝結。如果這樣，天然氣與液態水就會結合形成甲烷水合物，有可能會堵塞閥門、配件甚至管道。

在石油或天然氣加工設施中，無論執行的分離器是何種型別，適當控制液位對於確保穩定、高效和安全的執行至關重要。為了實現這一目標，無論過程的可變性和流體的特性如何，都需要進行可重複的液位測量。這可能包括一些特殊的工況，例如高粘度、存在泡沫和厚度超過5 釐米的乳化層或攜帶固體（沙子或岩石）等。

在理想情況下，如果壓力和溫度合適，氣體和液體就會在容器內達到平衡狀態。在臥式分離器中，行業標準對溶液氣體分離出來的液體留置時間的規定是在1-3 分鐘的範圍內。

雖然分離器配置了很多儀表，但要控制流量、壓力和溫度，最大限度地生產無水、適合管道傳輸的天然氣，仍然是一項艱鉅的任務。在很多分離器中，來自儀表的資料被髮送到流量計算機，用於分析所有資料並確定需要調整哪些變數（如果需要的話）。

儘管分離器旨在去除天然氣中的所有水份，但仍然會有水份殘留，必須及時檢測並提醒執行人員。

▎圖3 ：此油氣水分離器處理原油。除去水和油以生產滿足管道傳輸質量要求的氣體。

清晰瞭解分離過程

Endress+Hauser 公司最近開發了一種新型超聲波流量計，用於測量天然氣和其它過程介質的流量。Prosonic Flow G300/500 具有內建壓力和溫度感測器。這些感測器的輸入與測得的聲速相結合，以計算補償流量。壓力和溫度測量值可以透過兩種數字通訊鏈路（HART 協議或Modbus RS485 協議）之一分別傳輸。

流量計帶有“高階氣體分析”軟體包選項，可用於計算其它引數和過程變數。例如包括如下選項：體積流量、校正體積流量、能量流量、熱值、Wobbe 指數、氣體型別、摩爾質量、甲烷含量（％）、密度和粘度。Wobbe 指數是燃料氣體互換性及其傳遞能量能力的一種度量。

該軟體還可以透過分析感測器測試點的訊號強度、流量不對稱性和接受率等來檢測水分殘留。一旦檢測到水份，就會以兩種方式之一通知執行人員。第一個是透過內建繼電器，第二個是透過數字通訊鏈路。

許多分離器在氣體出口處都有除霧器，該除霧器實質上是一種金屬絲網過濾裝置。它的目的是捕獲液體（所有液體，而不僅僅是水滴），並將其排幹或將液體滴入分離器的固定部分。這些裝置的大小取決於流速和液體性質。除霧器的尺寸必須正確設定，以使其能夠有效地捕集大部分液體，同時又不犧牲流量和分離器的保留時間。

▎圖4 ：Prosonic FlowG 超聲波流量計具有內建的壓力和溫度感測器。

透過使用上述超聲波流量計檢測液體殘留，客戶可以更清晰的瞭解如下事項：

1. 除霧器相對於氣體流速的執行效率；

2. 如果“溼度診斷變數”發生階躍變化，可能說明除霧器損壞；

3. 如果沒有進行適當的氣液分離，應評估分離器的效能。控制系統可以調整排放週期時間和保留時間，或調整出氣口的背壓。

檢測液體殘留，使生產者可以調整分離過程。下游工廠是根據某些氣體特性而設計的，因溼氣導致的後處理和能源浪費會造成工廠的運營成本增加。

透過專用流量計算機，流量計提供了大部分資料和計算資訊，使過程工程師更容易瞭解分離器效能並更有效地控制分離器。即使在過程和環境條件波動很大的情況下，Prosonic Flow G 流量計也能以±0.5％的精度測量幹氣和溼氣。流量計的變送器包括一個標準的網路伺服器，可從任何能夠託管網路瀏覽器的裝置（例如膝上型電腦、智慧手機或平板電腦）從現場直接訪問資料。透過HistoROM 實現資料儲存，可最大程度的確保資料安全性。

因為控制系統和流量計算機只能推斷出水含量，所以透過控制油/ 氣/ 水分離器來從天然氣中提取水非常困難。新型超聲波流量計可提供大量資訊，儀器工程師可使用這些資訊來檢測水的殘留量，並更好地瞭解特定分離器的工作方式以及如何改善其控制。