一种模拟浮式晃动条件的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模拟浮式晃动条件的装置和方法，属于海上天然气生产、处理和液化领域。
【背景技术】
[0002]近年来，我国正加大南海深海油气田的勘探开发，对于远离我国大陆的深海油气田开发，迫切需求浮式油气处理设施。浮式油气处理装置与陆上装置相比，区别在于其处于晃动条件下运行。在开发浮式油气处理装置过程中，需要开展浮式晃动条件实验，检测装置在浮式条件下运行的稳定性。浮式晃动条件主要影响气液分离、产品储存和液位波动引起的液体流速的变化以及换热器的运行情况。
[0003]浮式油气处理装置在进行晃动实验时，一般是依靠液压晃动平台或在船上进行实际测试，但是这两种方法都存在有较大的不足。其中，液压晃动平台承重较小，适合用于实验室规模的小型装置实验，但是实验装置太小对工业应用的指导意义不大，如果加大实验装置的规模，液压晃动平台的造价会呈几何增长，使得投入到液压晃动平台上的成本过高；而在船上进行实验时，虽然可以满足承重要求，但是船本身造的价更高，也不利于新型油气处理装置的研发。
[0004]在浮式天然气处理和液化装置中，受晃动影响的主要包括天然气轻烃回收系统的精馏塔、天然气脱酸中的胺液吸收和再生塔、天然气液化系统中的气液冷剂的分离、混合制冷剂在换热器中的均匀分布和混合冷剂液体流速波动对换热性能的影响。由于单相的气体或液体并不受晃动影响，因此浮式晃动的实质是两相流状态下液位的波动。
【发明内容】
[0005]针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够检测气液分离器液位波动下液体分离的流速变化以及流速变化对换热器的影响的模拟浮式晃动条件的装置和方法。
[0006]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种模拟浮式晃动条件的装置，其特征在于:它包括一液体缓冲罐，所述液体缓冲罐的进口通过管路与冷却器的一端相连，所述液体缓冲罐的出口通过两条并联管路分别与第一气液分离器的第一进口和第二气液分离器的进口相连；在位于所述液体缓冲罐与所述第一气液分离器之间的连接管路上设置有第一调节阀；在位于所述液体缓冲罐与所述第二气液分离器之间的连接管路上设置有第二调节阀；所述第二气液分离器的底部出口通过管路和第三调节阀与所述第一气液分离器的第二进口相连；所述第一气液分离器的底部出口通过管路和流量计与换热器的冷源进口相连；所述换热器的冷源出口通过管路与所述第一气液分离器的第三进口相连；所述换热器的表面设置有多个温度计；所述第二气液分离器的顶部出口通过管路和第四调节阀与所述第一气液分离器的顶部出口的管路汇合后与气体压缩机的一端相连；所述气体压缩机的另一端通过管路与所述冷却器的另一端相连。
[0007]所述第二气液分离器的底部出口管路上设置的所述第三调节阀的尺寸大于第一调节阀、第二调节阀和第四调节阀尺寸；所述第二气液分离器的布置位置高于所述第一气液分离器。
[0008]所述液体缓冲罐顶部设置有排气口。
[0009]所述换热器采用板翅式换热器，所述换热器的冷源为所述第一气液分离器的底部出口流入到所述换热器的冷源进口的液体气化产生的冷量，所述换热器的热源为通过管路从热源进口流入的热源介质。
[0010]一种所述装置的模拟浮式晃动条件的方法，其包括以下步骤:
[0011]I)首先打开液体缓冲罐的出口，将经液体缓冲罐中缓冲后的液体循环介质经出口的并联管路分别引入到第一气液分离器和第二气液分离器内；流入第一气液分离器内的液体循环介质流量由第一调节阀控制；流入第二气液分离器内的液体循环介质流量由第二调节阀控制；
[0012]2)当流入第二气液分离器内的液体循环介质达到设定的液位后，开始进行模拟浮式晃动实验，首先打开第三调节阀，将第二气液分离器内的液体循环介质经底部出口的第三调节阀快速引入到第一气液分离器内，扰动第一气液分离器内的液体循环介质产生液位波动，进而形成晃动条件；
[0013]3)打开第一气液分离器的底部出口，将在晃动条件下的液体循环介质经第一气液分离器的底部出口均匀引入到换热器的冷源进口；
[0014]4)液体循环介质在换热器内换热后从冷源出口流回到第一气液分离器中；
[0015]5)当流入第二气液分离器内的液体循环介质的液位升高时，第二气液分离器内的压力也会逐渐提高，此时缓慢开启第四调节阀，将第二气液分离器内分离出的气体循环介质经第二气液分离器的顶部出口排放至压缩机内；同时，经第一气液分离器分离出的循环介质气体经第一气液分离器的顶部出口与第二气液分离器顶部出口分离出的气体循环介质汇合后进入气体压缩机中；
[0016]6)气体循环介质进入气体压缩机压缩到一定压力后，进入到冷却器中冷凝为过冷液体循环介质；然后过冷液体循环介质流回液体缓冲罐中并循环上述步骤I)?5)的过程，直至完成对第一气液分离器中通过流量计流入到热换器的液体流量变化、热换器换热温度变化以及第一气液分离器的液位变化的检测，分析出晃动条件对装置在浮式晃动条件下运行稳定性的影响。
[0017]第一调节阀的开度由第一气液分离器内的液位控制；第二天调节阀的开度由液体缓冲罐内的液位控制，在充液开始前降低液体缓冲罐的液位设定值，第二气液分离器开始进行充液；在运行过程中通过调节第二调节阀和第四调节阀来保证液体缓冲罐的液位稳定和气体压缩机的操作压力稳定；第三调节阀的开度通过第一气液分离器的液位和晃动信号控制器进行调节，模拟不同的晃动等级。
[0018]在上述步骤5)中，第二气液分离器的压力通过第四调节阀控制，在模拟晃动条件时，保持第二气液分离器与第一气液分离器的压力一致，保证第二气液分离器和第一气液分离器的液体温度相等。
[0019]液体循环介质进入第一气液分离器和第二气液分离器前需要进行节流降压；循环介质可采用丙烷、氨、氟利昂或异丁烷中的一种；热换器的热源介质流量和压力始终保持不变，保证热源的稳定；换热器的热源介质可采用氮气、压缩空气或天然气中的一种；第一气液分离器的底部出口的液体流速受第一气液分离器的液位差产生的压差影响。
[0020]本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点:本发明由于将液体缓冲罐的进口与冷却器和气体压缩机相连，将液体缓冲罐的出口分别与第一气液分离器和第二气液分离器相连，且第二气液分离器的出口与第一气液分离器的进口相连，第一气液分离器的出口与换热器相连，并在各连接管路上设置有调节阀，因此本发明装置能够模拟气液分离器液位波动下液体分离的流速变化以及流速变化对换热器的影响。本发明广泛应用于海上工程实例中的深水的天然气处理和液化技术。
【附图说明】
[0021]图1是本发明的模拟浮式晃动装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0023]如图1所示，本发明装置包括一液体缓冲罐I，液体缓冲罐I的进口通过管路与冷却器2的一端相连，液体缓冲罐I的出口通过两条并联管路分别与第一气液分离器3的第一进口和第二气液分离器4的进口相连。其中，在位于液体缓冲罐I与第一气液分离器3之间的连接管路上设置有调节阀5，在位于液体缓冲罐I与第二气液分离器4之间的连接管路上设置有调节阀6。第二气液分离器4的底部出口通过管路和调节阀7与第一气液分离器3的第二进口相连。第一气液分离器3的底部出口通过管路和流量计11与换热器8的冷源进口相连，换热器8的冷源出口通过管路与第一气液分离器3的第三进口相连。其中，换热器8的表面设置有多个温度计，用于检测晃动条件下液体流速变化对换热器换热性能影响。第二气液分离器4的顶部出口通过管路和调节阀9与第一气液分离器3的顶部出口的管路汇合后与气体压缩机10的一端相连，气体压缩机10的另一端通过管路与冷却器2的另一端相连。
[0024]上述实施例中，第二气液分离器4的底部出口管路上设置的调节阀8的尺寸大于设置在其他管路上的调节阀尺寸，用于保证第二气液分离器4中的液体能够快速流入到第一气液分离器3中。第二气液分离器4的布置位置高于第一气液分离器3，用于保证第二气液分离器4中液体能够顺利流入到第一气液分离器3中。
[0025]上述实施例中，液体缓冲罐I顶部设置有排气口，用于将经过气体压缩机10压缩和冷却器2冷却处理后未能冷凝的气体排出。
[0026]上述实施例中，换热器8采用板翅式换热器，换热器8的冷源为第一气液分离器3的底部出口流入到换热器5的冷源进口的液体气化产生的冷量，换热器8的热源为通过管路12从热源进口流入的热源介质。
[0027]根据上述实施例中提供的一种模拟浮式晃动条件的装置，本发明还提供了一种模拟浮式晃动条件的方法，其包括以下步骤:
[0028]I)首先打开液体缓冲罐I的出口，将经液体缓冲罐I中缓冲后的液体循环介质经出口的并联管路分别引入到第一气液分离器3和第二气液分离器4内；流入第一气液分离器3内的液体循环介质流量由调节阀5控制；流入第二气液分离器4内的液体循环介质流量由调节阀6控制；其中，对液体循环介质进行缓冲主要用于避免在模拟晃动时对气体压缩机10运行造成影响；
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