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天然气从油气井中开采出来时含有水。在将气体输送到管道进行分配之前，必须尽可能的除去残留的水份www.cechina.cn，并提醒运营人员所检测到的剩余水量。
为了提高检测效率，过程工程师需要了解从天然气中去除水份的方法，以及现代仪表是如何准确测量转移到管道中的气体，并帮助检测去除过程之后是否存在水份残留。
天然气通常来自油井、气井和凝析井。来自油井的天然气可以与石油分开存在，也可以溶解在原油中。气井通常生产原天然气，而凝析井则生产游离天然气和半液态烃类凝析物。原天然气含有水蒸气、硫化氢、二氧化碳、氦气、氮气等化合物。
图1：带管道的天然气井。图片来源：Endress＆Hauser
原油、原始天然气和游离天然气可以在井场进行处理，但是通常经管道输送到中央处理站，该中央处理站从数十个（有时甚至是数百个）井中接受输入的原始气体，然后生产出清洁天然气，输送到管道。
天然气处理就是从纯天然气中分离出各种碳氢化合物和流体，以获得所谓的“适合管道输送”的干燥天然气，即不含水的天然气。
通过简单的分离方法，可以在井口或井口附近去除一些与开采天然气相关的水。然而，去除天然气中存在于溶液中的水蒸气需要进行更复杂的处理。这种处理工艺需要对天然气进行脱水，通常涉及两个过程之一：吸收或吸附。
分离器的类型很多，例如液体分离器、油分离器、油水分离器等，但最常见的分离器是将气、液分离的两相分离装置，或者是将气、油、水的三相分离装置。
图2：卧式油气水分离器。
高效控制分离器
仪表和控制系统需要测量和控制分离器中的各种过程。在测量质量流量时，需要利用分离器中的温度和压力作为补充变量，进行校正计算。由于工艺运营和安全条件，分离器需要严格的压力/温度监控。需要持续测量、控制温度以确保分离过程满足合适的条件。
系统必须控制进入的流量，以确保气体和液体的流速足够低，从而可以实现重力分离和气液平衡。还需要控制温度，因为如果管道壁或储罐的温度降低到气体中水蒸气的露点以下，水就会在表面上凝结。如果这样，天然气与液态水就会结合形成甲烷水合物，有可能会堵塞阀门、配件甚至管道。
在石油或天然气加工设施中，无论运行的分离器是何种类型，适当控制液位对于确保稳定、高效和安全的运行至关重要。为了实现这一目标，无论过程的可变性和流体的特性如何，都需要进行可重复的液位测量。这可能包括一些特殊的工况，例如高粘度、存在泡沫和厚度超过5厘米的乳化层或携带固体（沙子或岩石）等。
在理想情况下，如果压力和温度合适CONTROL ENGINEERING China版权所有，气体和液体就会在容器内达到平衡状态。在卧式分离器中，行业标准对溶液气体分离出来的液体留置时间的规定是在1-3分钟的范围内。
虽然分离器配置了很多仪表，但要控制流量、压力和温度，最大限度地生产无水、适合管道传输的天然气，仍然是一项艰巨的任务。在很多分离器中，来自仪表的数据被发送到流量计算机，用于分析所有数据并确定需要调整哪些变量（如果需要的话）。
尽管分离器旨在去除天然气中的所有水份，但仍然会有水份残留，必须及时检测并提醒运行人员。
图3：此油气水分离器处理原油。除去水和油以生产满足管道传输质量要求的气体。
清晰了解分离过程
Endress+Hauser公司最近开发了一种新型超声波流量计，用于测量天然气和其它过程介质的流量。Prosonic Flow G 300/500具有内置压力和温度传感器。这些传感器的输入与测得的声速相结合，以计算补偿流量。压力和温度测量值可以通过两种数字通信链路（HART协议或 Modbus RS485协议）之一分别传输。
流量计带有“高级气体分析”软件包选项，可用于计算其它参数和过程变量。例如包括如下选项：体积流量、校正体积流量、能量流量、热值、Wobbe指数、气体类型、摩尔质量、甲烷含量（％）、密度和粘度。Wobbe指数是燃料气体互换性及其传递能量能力的一种度量。
该软件还可以通过分析传感器测试点的信号强度、流量不对称性和接受率等来检测水分残留。一旦检测到水份，就会以两种方式之一通知运行人员。第一个是通过内置继电器，第二个是通过数字通信链路。
许多分离器在气体出口处都有除雾器，该除雾器实质上是一种金属丝网过滤装置。它的目的是捕获液体（所有液体www.cechina.cn，而不仅仅是水滴），并将其排干或将液体滴入分离器的固定部分。这些装置的大小取决于流速和液体性质。除雾器的尺寸必须正确设置，以使其能够有效地捕集大部分液体，同时又不牺牲流量和分离器的保留时间。
通过使用上述超声波流量计检测液体残留CONTROL ENGINEERING China版权所有，客户可以更清晰的了解如下事项：
1.除雾器相对于气体流速的运行效率；
2.如果“湿度诊断变量”发生阶跃变化，可能说明除雾器损坏；
3.如果没有进行适当的气液分离，应评估分离器的性能。控制系统可以调整排放周期时间和保留时间，或调整出气口的背压。
检测液体残留CONTROL ENGINEERING China版权所有，使生产者可以调整分离过程。下游工厂是根据某些气体特性而设计的，因湿气导致的后处理和能源浪费会造成工厂的运营成本增加。
图4：Prosonic Flow G超声波流量计具有内置的压力和温度传感器。
通过专用流量计算机，流量计提供了大部分数据和计算信息，使过程工程师更容易了解分离器性能并更有效地控制分离器。
即使在过程和环境条件波动很大的情况下，Prosonic Flow G流量计也能以±0.5％的精度测量干气和湿气。流量计的变送器包括一个标准的网络服务器，可从任何能够托管网络浏览器的设备（例如笔记本电脑、智能手机或平板电脑）从现场直接访问数据。通过HistoROM实现数据存储，可最大程度的确保数据安全性。
因为控制系统和流量计算机只能推断出水含量，所以通过控制油/气/水分离器来从天然气中提取水非常困难。新型超声波流量计可提供大量信息，仪器工程师可使用这些信息来检测水的残留量www.cechina.cn，并更好地了解特定分离器的工作方式以及如何改善其控制。 （作者：Adam Booth）
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