凝析油是指从凝析气田的天然气中凝析出来的液相组分。天然气中部分较重的烃类在油层的高温、高压条件下呈气体状态，采气时由于压力和温度降低到地面条件，这些较重的烃类从天然气中凝析而出，成为凝析油。凝析油的主要成分是C₅~C₈烃类的混合物，馏分多在20~200 ℃，密度大多小于0.78 g/cm³。其重质烃类和非烃组分的含量比原油低，挥发性好。凝析油可直接用作燃料，并且是炼油工业的优质原料^[1]。

某大型气田地处中国南海，该气田主要开发设施包括浅水平台、水下生产设施、海底管道。该气田凝析油产量大，凝析油外输泵是平台生产的关键设备，如何保障凝析油系统高效、平稳、经济运行对于平台的安全生产非常重要。

1 凝析油系统流程简介

该气田凝析油产量变化范围大，工况复杂，其主要流程如下：

段塞流捕集器分出的液烃，经凝析油加热器加热至40 ℃后，进入凝析油分离器中进行油、气、水三相处理，分离出闪蒸气与段塞流捕集器气相出口的气体汇合在一起；分离出的富含乙二醇的溶液去乙二醇再生系统；分离出的凝析油含水率≤2 wt%，进人凝析油过滤器中，以除去固体颗粒和杂质。之后，含水凝析油进入凝析油聚结分离器中进行深度脱水，以达到含水率≤0.015 0 wt%的指标要求。含水率达标后的脱水凝析油与来自其他平台的段塞流捕集器液相出口的脱水凝析油混合在一起，共同进入缓冲罐中进行除气、缓冲，再经凝析油外输泵增压后与压缩后的天然气一同进入海底管道输往陆上终端处理厂。其简要流程图见图 1。

2 凝析油外输泵设计基础

该气田凝析油物黏温曲线见图 2。凝析油外输泵的正常操作温度为40 ℃，根据黏温曲线，可以看出该气田凝析油在工作温度下黏度很低。根据工艺流程模拟软件(HYSYS.PROCESS)的模拟，典型年份的凝析油外输泵的工艺参数见表 1。

凝析油外输泵的设计流量是按照产气量50× 108 m³/a、气油比为4 285 m³/t确定的，单台设计流量为140 m³/h，当超过以上设计条件时须更换泵。同时，根据气田配产，凝析油产量将逐年减少，在2026年凝析油产量为1.26 m³/h。因此凝析油外输泵的单台流量范围需要满足1.26~140 m³/h。

3 外输泵设计方案比选

根据设计基础，在正常生产年份，凝析油流量大、外输压力高，并且凝析油黏度很低，选择使用多级离心泵是适合该气田凝析油系统的设计方案。但是根据气田的配产，凝析油产量在气田生产后期衰减很多，在2026年仅为1.26 m³/h，造成凝析油外输泵输量波动范围很大，若仅使用普通的离心泵是不能满足要求的。这就需要对离心泵进行工况调节，而调节离心泵工况主要有两种方法：(1)改变泵的性能曲线进行工况调节；(2)改变管路特性进行工况调节^[2]。针对这种两种方法，对于凝析油外输泵的配置设计了两个方案。

3.1 变频离心泵方案

变频泵方案即通过改变泵的性能曲线进行工况调节。具体方案是通过缓冲罐的液位控制外输泵的变频器调节泵的转速，从而达到控制外输泵的流量及排压的目的。其流程见图 3。

3.2 离心泵加回流方案

离心泵加回流方案即旁路调节，改变管路特性从而进行工况调节，具体方案是外输泵选用不带变频器的多级离心泵，在泵出口总管上设置回流缓冲罐的支管，同时支管上设置液位控制阀，通过缓冲罐液位信号控制液位控制阀开度以维持缓冲罐的液位稳定，液位控制阀的最大流量为外输泵的最小回流量。其流程见图 4。

3.3 方案比选

为了能充分比较两种方案的优缺点，对两种方案泵的性能及效率曲线做了进一步的研究。两种离心泵的性能曲线如图 5。

根据分析两种泵的性能及效率曲线，对不同方案泵的扬程、效率、功率及转速等参数做了进一步比较(表 2)，可以得到以下结论：

(1) 流量变小时，泵出口压力下降并不是很大；

(2) 使用变频离心泵相对于定频泵其效率仅提高5%；

(3) 使用变频泵，其转速变化不大，变频范围很小，仅在1%以内，

综上所述，由于变频离心泵在转速变小的时候泵的效率随之变小，但出口压力下降并不很大，因此流量减小时候，效率下降不大。效率是泵的经济性能指标，若泵的效率下降不大，其节能效果也就不明显^{[2, 3]}。

如果采用变频方案，还会有如下问题：凝析油流量变化范围较大，但外输扬程几乎没有变化，因此需在变频的同时(此时变频范围很小)，对出口管路上的阀门进行调整，以改变系统曲线，否则无法实现工艺要求的工况。既需要进行变频调节，同时也要进行出口阀门调节，且阀门的调节精度与变频器的调节精度很难匹配，造成实际操作过程中很难实现。调节不当就会导致泵经常性憋压，使得泵体振动加剧，轴承温度升高，影响泵的稳定性和寿命^[3]。

同时，从投资角度看，采用变频方案的话，外输泵需要使用变频电机，该气田初期是三台外输泵，后期需要六台外输泵，使用变频电机将需要增加投资，并增加质量和占地面积。

通过比较可以看出，使用变频方案节能效果不明显且投资大。所以选择定频离心泵加回流方案。该方案可减少设备质量，节省占地面积，减少工程投资。

4 结论

通过对该气田凝析油外输泵设计方案的研究比选，可以看出对于高汽油比的凝析油外输泵，由于外输压力变化不明显，所以选用变频泵节能效果并不显著，而且初始投资更大，而选用普通离心泵加回流控制就能满足流程需要。