油田放空装置的安全节能优化

修丽群（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

在油田生产过程中由于维修维护的需要，通常要对站所或注水井进行放空。在放空时，通常是将水龙带或软管通过铁丝或卡子与放空管连接，水龙带或软管的另一端放入污水罐或污油池内进行放空。从放空阀门出来的液体压力较大，高压放空时瞬间可产生十几个大气压，常伴有大量的气体，导致放空管内的压力较大，致使放空管连接处被绷裂或绷断，或是水龙带或软管出现“摆龙”的现象，导致污油水四处喷溅，极大地影响了生产和维修，而且还造成了严重的环境污染。

根据生产实际，研制了一种减压防喷的放空装置。从放空管流出的高压油气水混合液经过该防喷装置的缓冲后，缓冲盘内的液体压力明显下降，通过缓冲盘的出水口进入水龙带或软管的压力减小，避免了因压力过大造成水龙带或软管与放空管连接处发生绷裂或绷断的现象，近而避免了在管网放空的过程中发生污油水喷溅的现象。

1 装置构造及其工作原理

该装置（图1、图2）包括缓冲盘、螺纹变头及放空连接头。缓冲盘两侧设有对称分布的内螺纹连接头，左侧的内螺纹连接头与螺纹变头连接，右侧的内螺纹连接头与放空连接头连接。缓冲盘的圆腔左端焊接有分水盘，分水盘的外圆周上设有圆周均布的四个正向分水管，分水盘右端设有导流管，导流管上设有圆周均布的四个反向分水管，反向分水管和正向分水管的出水孔在同一条中心线上。缓冲盘左端的内螺纹连接头、螺纹变头及放空连接头的外圆周上焊接有对称分布套管，分水盘与缓冲盘在同一条中心线上。螺纹变头按照内螺纹尺寸的大小设计为一组螺纹变头，以满足不同螺纹接头的需要；螺纹变头左端加工为内螺纹连接头或焊接有卡箍片。

图1 放空减压防喷装置二维图

图2 放空减压防喷装置三维图

在对管网进行放空时，选择相配的螺纹变头与放空管螺纹连接，将加力杆插入螺纹变头的套管内，通过加力杆进行螺纹的连接和拆卸，方便快捷，省时省力。与使用管钳进行管件连接相比，不会发生管钳打滑或脱卡现象，再使用加力杆将螺纹变头与缓冲盘连接。在放空的过程中，高压油气水混合液经过分水盘分流泄压后进入缓冲盘的空腔内，混合液中一部分通过分水盘的四个正向分水管喷入缓冲盘内，另一部分通过四个反向分水管喷入缓冲盘内，正向分水管和反向分水管喷出的水流形成对向喷发的状态，使得水流的能量相互抵消，达到缓冲泄压的目的。放空管喷出的混合液流经缓冲盘后压力减小，尤其是缓冲盘满液的状态下，压力减小更为明显，压力降低的混合液通过水龙带或软管排出时，不会发生污油水喷溅的现象。放空连接头与缓冲盘采用螺纹连接，便于根据放空的需要将其更换为螺纹变头或带有卡箍片的螺纹连接头。

该装置结构简单，设计合理，防喷防溅，安全可靠，拆装简便，制造成本低廉，经济适用，只需1人即可安装，可有效降低放空过程中的污油污水乱喷及软管炸裂现象，具有广泛的推广价值。

2 装置内流体特点分析

运用FLUENT流体软件对该装置内部的流体运行进行数值计算。将对称弯管及流体流出的通道进行简化，运用GAMBIT软件进行网格划分，

采用VOF模型及一阶精度计[1-5]。在VOF模型[6-10]中，不同流体成分均使用一套动量方程。计算过程中，流场的每个计算单元内，都记录下各流体成分所占有的体积率，由此确定界面的运动位置。又因为流体流动随时间发生剧烈变化，选择瞬态模型进行计算。

计算过程中对该装置的核心部位作了以下简化[11-12]：

1）装置内的流体流动为不可压缩流动。各种工况下压力和温度不再变化，绝热过程中不计流动的能量损失。

2）装置内壁光滑，不计摩擦阻力，忽略重力对于流动造成的影响。

设置模型左右两端均为水和气体的混合物入口。一般情况下，放空头儿的压力在0.1 MPa和1 MPa之间，流体在管中流速介于1 m/s和5 m/s之间，这里取速度5m/s，上下两端为与大气相通的开放出口。初始时刻装置内全部为空气。

图3 装置内流体冲击

图4 装置内流体冲击过程中的压力分布

通过软件计算（图3、图4）求解可知，流体从模型的左右入口分别流入，入口初始压力为1 MPa，在模型的中间地区汇合碰撞，瞬间产生的压力可达5 MPa，并且该压力会通过流体介质的传达，增大横向圆管的压力，使横向圆管的压力增高至2 MPa。但是经过对向流动的缓冲，流体从上下出口流出时的压力降为0.2 MPa，即经过该装置后流体压力降低至其初始压力的1/5。

该装置共设计四组对向流圆管，可有效降低来液压力，实际在该缓冲装置中流体发生碰撞的位置为装置内的空腔部分，模拟计算中瞬间产生的5 MPa高压并不会完全施加在装置的内壁上。并且该装置实际的缓冲腔要大于模型中的上下出口圆管，因此可有效缓冲由于碰撞带来的高压。

该装置目前在试验区块中应用效果良好。放空过程中使用该装置可有效降低压力，减少因污油和污水导致环境污染的概率。该区块以往在一个月内由于井、间放空，平均可由瞬间高压而产生的水龙带跳动4次，油水混合物由于渗漏撒喷导致地面污染1.5 m2。使用该装置后，有效降低了防空时瞬间产生的高压，再未出现水龙带跳动和渗漏撒喷现象，避免了环境污染。

3 结论

结合油田生产实际，提出一种减压防喷的放空装置。通过简化模型、数值模拟可得出：模型内部的流体在回流地点发生剧烈碰撞，瞬间产生高压，经过缓冲从出口流出的流体压力大幅度下降。

该装置现场应用效果良好，有效减少由于站所放空而导致的安全隐患，减少了环境污染，降低了能源损耗。

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