馬吉龍

(大慶油田采氣分公司地質(zhì)工藝研究所，黑龍江 大慶 163000)

0 裝置概況

三甘醇脫水裝置是徐深氣田地面集輸、處理工藝的重要組成部分，具有性能穩(wěn)定、吸水性強(qiáng)、高溫條件易再生等特點(diǎn)，徐深氣田已經(jīng)實(shí)現(xiàn)外輸終端三甘醇脫水全覆蓋，保障商品天然氣含水量指標(biāo)。

近年來(lái)，隨著氣田先進(jìn)開(kāi)發(fā)技術(shù)的引進(jìn)，老井措施增產(chǎn)效果明顯；此外，天然氣生產(chǎn)受季節(jié)約束，上述原因造成處理氣量浮動(dòng)大、上游氣質(zhì)污染、甘醇再生質(zhì)量差等問(wèn)題，影響脫水效果和設(shè)備運(yùn)行。

1 三甘醇脫水裝置工作原理及工藝流程

1.1 工作原理

三甘醇脫水過(guò)程是一個(gè)物理過(guò)程，利用甘醇的強(qiáng)吸水性吸收天然氣中的水分，使含水天然氣露點(diǎn)降低，從而達(dá)到外輸條件。吸收了水分的甘醇成為富液，富液進(jìn)入重沸器，在常壓、高溫條件將水分蒸發(fā)出去，如果通入干氣氣提，可以得到濃度大于99%的甘醇貧液，實(shí)現(xiàn)循環(huán)再利用。

1.2 工藝流程

徐深氣田三甘醇脫水裝置采用撬裝建設(shè)模式，系統(tǒng)如圖1所示可以分為脫水、甘醇循環(huán)和自用氣3個(gè)子系統(tǒng)。濕氣首先進(jìn)入吸收塔底部的氣液兩相分離器，除去游離水。脫出游離水的濕氣從底部進(jìn)入吸收塔，在塔盤(pán)上與上部流下的三甘醇貧液密切接觸，干氣從塔頂流出，吸水后的三甘醇富液從塔底流出進(jìn)入再生系統(tǒng)再生，變成貧液后通過(guò)Kimray泵提供循環(huán)動(dòng)力從新回到吸收塔，完成甘醇循環(huán)；自用氣系統(tǒng)主要為再生系統(tǒng)提供燃料氣、氣提汽和儀表風(fēng)。

圖1 三甘醇脫水裝置簡(jiǎn)易流程圖

1.3 關(guān)鍵參數(shù)

影響三甘醇脫水裝置脫水效果的因素主要有：甘醇再生濃度(甘醇質(zhì)量和再生溫度)、甘醇循環(huán)量(泵次、泵效)、處理量(來(lái)氣波動(dòng))、吸收塔工況(壓力和溫度)、來(lái)氣質(zhì)量(含水量和雜質(zhì))、塔盤(pán)結(jié)構(gòu)等指標(biāo)，再生效果差、泵效低、來(lái)氣含游離水和其他液體雜質(zhì)等問(wèn)題均會(huì)影響裝置運(yùn)行及出口水露點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的參數(shù)統(tǒng)計(jì)表，如表1所示。

表1 三甘醇脫水裝置關(guān)鍵參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2 系統(tǒng)運(yùn)行效果評(píng)價(jià)方法

2.1 露點(diǎn)評(píng)價(jià)方法

出口天然氣水露點(diǎn)值是判斷裝置運(yùn)行效果的最直觀手段。通過(guò)繪制歷年的露點(diǎn)檢測(cè)指標(biāo)可以判斷裝置運(yùn)行管理趨勢(shì)，以及運(yùn)行參數(shù)的合理性。摸索露點(diǎn)值隨設(shè)備相關(guān)參數(shù)以及隨運(yùn)行負(fù)荷率的變化關(guān)系，可以確定運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化空間。

2.2 貧富液含水率評(píng)價(jià)方法

三甘醇質(zhì)量及再生效果直接影響裝置脫水效果，從貧富液含水量可以看出甘醇的再生指標(biāo)。貧液含水量普遍較高，再生效果較差；取樣點(diǎn)貧、富液含水量差值較小，脫水效果較差；當(dāng)貧液含水率高于2.5%，認(rèn)為來(lái)氣中含有游離水；貧、富液pH偏于酸性環(huán)境，易對(duì)設(shè)備造成酸性腐蝕。

3 系統(tǒng)運(yùn)行常見(jiàn)問(wèn)題分析及對(duì)策

3.1 天然氣處理負(fù)荷對(duì)裝置運(yùn)行的影響及對(duì)策

徐深氣田三甘醇脫水裝置在運(yùn)行過(guò)程中，存在處理負(fù)荷過(guò)大或過(guò)小的現(xiàn)象，影響裝置脫水效果。氣井措施增產(chǎn)、設(shè)計(jì)依據(jù)與實(shí)際產(chǎn)能不符、設(shè)備維修過(guò)程中采取跨站集中脫水等原因都會(huì)造成脫水負(fù)荷增大。當(dāng)負(fù)荷過(guò)大時(shí)，天然氣流速增大，降低天然氣與甘醇溶液在塔盤(pán)上的接觸時(shí)間，影響脫水效果。當(dāng)氣井產(chǎn)氣量遞減、夏季減少開(kāi)井?dāng)?shù)量等情況時(shí)，均會(huì)造成脫水負(fù)荷減小。當(dāng)脫水負(fù)荷過(guò)小時(shí)，三甘醇貧液在塔盤(pán)上滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，同樣影響脫水效果。

操作正常情況下，每100萬(wàn)方天然氣需要消耗三甘醇17-30kg(設(shè)備操作手冊(cè))，通過(guò)保持其他工況條件不變，改變進(jìn)塔氣量，摸索露點(diǎn)及甘醇損耗量隨負(fù)荷的變化規(guī)律，其中圖2為A集氣站現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)(粉色曲線為露點(diǎn)值，藍(lán)色曲線為甘醇這算損耗量)可以看出，實(shí)際處理量位于臨界值(30%、125%)附近時(shí)，三甘醇損耗量比較大，外輸露點(diǎn)不達(dá)標(biāo)。

從圖2中還可以發(fā)現(xiàn)：處理量小于30%時(shí)，任何操作都無(wú)法降低外輸露點(diǎn)；處理量位于100%-125%之間時(shí)，通過(guò)提高吸收塔工作壓力、提高甘醇循環(huán)量、提高再生溫度等方法，使露點(diǎn)值達(dá)到外輸條件。當(dāng)處理量大于125%時(shí)，由于塔內(nèi)天然氣流速過(guò)快，很難保證脫水效果。

圖2 A集氣站露點(diǎn)、甘醇折算損耗量隨負(fù)荷率變化曲線

技術(shù)對(duì)策：

(1)三甘醇脫水裝置處理負(fù)荷應(yīng)保持在30%-125%之間，盡量避免處理量過(guò)小的情況下運(yùn)行；當(dāng)處理負(fù)荷超過(guò)100%時(shí)，可以適當(dāng)提高吸收塔出口fisher閥壓力，降低天然氣飽和含水量，同時(shí)，增大甘醇循環(huán)量和再生溫度，保證外輸氣露點(diǎn)。

(2)建議當(dāng)處理負(fù)荷超過(guò)100%時(shí)，開(kāi)啟氣提汽工藝，進(jìn)一步提高三甘醇再生濃度，從而適應(yīng)高負(fù)荷下的生產(chǎn)條件。

(3)各井站處理量較低時(shí)，可匯合到一個(gè)井站集中脫水。

(4)為了避免設(shè)計(jì)與實(shí)際產(chǎn)氣量不符的問(wèn)題，提高氣田整體脫水效果，可通過(guò)氣田內(nèi)部脫水設(shè)備調(diào)換解決負(fù)荷率的問(wèn)題。

3.2 三甘醇再生濃度對(duì)裝置運(yùn)行的影響及對(duì)策

生產(chǎn)過(guò)程中，再生溫度普遍偏低，甘醇中混有緩蝕劑等雜質(zhì)，影響脫水效果。

(1)甘醇污染：氣田采取加注緩蝕劑的措施控制管道及油管內(nèi)腐蝕，油溶性緩蝕劑呈褐色，比重為0.85，小于水，且蒸發(fā)溫度在200℃以上，再生過(guò)程中無(wú)法同水分一起蒸發(fā)出去，且上游分離工藝無(wú)法完全脫出氣體攜帶緩蝕劑，長(zhǎng)期集聚，易造成過(guò)濾器堵塞，如更換不及時(shí)，造成三甘醇污染，相當(dāng)于被藥劑稀釋，影響三甘醇再生濃度。

(2)上游來(lái)氣含游離水：(富液含水量－貧液含水量)×甘醇循環(huán)量×24＝實(shí)際脫水量Q1。假設(shè)上游來(lái)氣不含游離水，則進(jìn)塔溫度為脫水前露點(diǎn)，通過(guò)查天然氣飽和含水量表可得出入口飽和含水量，吸收塔入、出口飽和含水量差值乘以日處理量即為計(jì)算脫水量Q2。Q1－ Q2＞0 證明進(jìn)塔天然氣含游離水，游離水將貧液稀釋，降低貧液濃度，影響脫水效果。

在A集氣站三甘醇現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中，處理氣量85.76×104m3/d，保持處理量和其他工況不變情況下，三甘醇循環(huán)量恒定在5L/min，調(diào)節(jié)重沸器溫度，確定再生溫度和貧液含水率以及脫水后水露點(diǎn)的關(guān)系。隨著三甘醇再生濃度的提高，天然氣水露點(diǎn)值明顯降低，且再生濃度達(dá)到99%以上，再生濃度的輕微提高，會(huì)大幅度降低天然氣水露點(diǎn)，由此可見(jiàn)，再生濃度對(duì)脫水效果影響較大，如表2。

表2 露點(diǎn)隨再生濃度變化統(tǒng)計(jì)表

技術(shù)對(duì)策：加強(qiáng)設(shè)備檢查，保證裝置各設(shè)備良好的運(yùn)行狀態(tài)，合理控制重沸器溫度，在不超過(guò)三甘醇降解溫度的情況下，盡量提高再生溫度；及時(shí)清洗或更換機(jī)械過(guò)濾器、活性炭過(guò)濾器濾芯，保證三甘醇純凈度和系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行；優(yōu)化分離工藝運(yùn)行參數(shù)，提高上游分離效果；應(yīng)嚴(yán)格按照操作手冊(cè)進(jìn)行補(bǔ)充甘醇溶液，在加注過(guò)程中保證周圍環(huán)境衛(wèi)生，避免甘醇污染。

3.3 吸收塔工況對(duì)裝置運(yùn)行的影響及對(duì)策

吸收塔工作溫度應(yīng)該嚴(yán)格控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，若溫度過(guò)低，吸收塔塔板上的三甘醇粘度增大，使塔板效率下降；若此溫度過(guò)高，天然氣中的含水量將增大，增加三甘醇脫水負(fù)荷，影響脫水效果。來(lái)氣溫度過(guò)高，還會(huì)增加三甘醇的蒸發(fā)損失。徐深氣田采用三級(jí)節(jié)流減壓工藝，由于部分氣井井口溫度較高，均在40℃以上，造成加熱爐換熱后溫度達(dá)60℃以上，三節(jié)降壓后溫度雖然有所降低，但進(jìn)塔前與溫度高達(dá)50℃的三甘醇貧液換熱后，溫度繼續(xù)提升，對(duì)三甘醇脫水效果造成一定影響。

技術(shù)對(duì)策：在保證節(jié)流后不形成水合物的條件下，合理調(diào)整加熱爐換熱量；增加貧液換熱旁通，夏季氣溫較高時(shí)，加大三甘醇貧液的散熱量。

4 結(jié)論及建議

(1)通過(guò)對(duì)比分析歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，處理量小于設(shè)計(jì)值30%或大于設(shè)計(jì)值125%均會(huì)對(duì)裝置運(yùn)行效果產(chǎn)生影響，從露點(diǎn)指標(biāo)上看，前者影響程度更大，應(yīng)盡量避免上述工況運(yùn)行。

(2)三甘醇再生濃度是影響脫水效果的重要因素，建議開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究氣提汽氣量對(duì)裝置脫水效果的影響，實(shí)現(xiàn)氣提汽工藝的經(jīng)濟(jì)使用。

(3)吸收塔工況對(duì)脫水效果影響較大，應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)測(cè)、控制運(yùn)行參數(shù)，合理調(diào)整加熱爐換熱量，優(yōu)化貧、富甘醇換熱工藝，保證吸收塔內(nèi)溫度指標(biāo)。針對(duì)上述情況，下步將研究三甘醇溶液各節(jié)點(diǎn)換熱指標(biāo)對(duì)裝置脫水效果的影響，優(yōu)化貧、富甘醇換熱工藝。

[1]國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì). SY/T 0602-2005. 甘醇型天然氣脫水裝置規(guī)范[S]. 2005.