梁斌智

（西安石油大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安 710065）

1 緒論

天然氣作為重要的化石能源，以其熱值高，清潔無污染的特點，在國民經(jīng)濟(jì)中扮演著越來越重要的角色。國家《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》顯示：2015年中國天然氣產(chǎn)量將達(dá)1 565 億立方米，占一次能源消費總量的7.5%[1]。加快天然氣裝備開發(fā)研究具有重要意義。

從氣田采出的天然氣常伴生飽和水，含飽和水的天然氣進(jìn)入管線和處理設(shè)備后會增加管線輸送的動力消耗，降低輸氣量；天然氣中的CO2和H2S 溶于游離水中會形成酸，腐蝕管路和設(shè)備；水與天然氣形成的水合物結(jié)晶局部積累降低輸氣量，影響平穩(wěn)供氣。需要利用有效方法將天然氣中的水分分離出來，該過程就是天然氣的分離或氣體干燥過程[2]。

2 超音速氣液分離器基本工作原理

超音速氣液分離技術(shù)是一種高效、節(jié)能、環(huán)保、低成本的新型氣液分離技術(shù)，該技術(shù)的核心設(shè)備是超音速分離器。超音速氣液分離器利用拉瓦爾噴管，使氣流在流過變截面流道時將氣流壓力能轉(zhuǎn)化為動能，加速到超音速，同時發(fā)生熱交換作用，使氣體的溫度迅速下降，通過機(jī)械旋流作用，從而達(dá)到氣液低溫分離目的。

圖1 超音速分離器簡圖

3 超音速分離器的工藝流程

超音速分離器的工作條件是高速低溫氣流，首先對分離產(chǎn)物進(jìn)行相應(yīng)的粗處理，以達(dá)到分離器的預(yù)訂工作條件，即需要一定的工藝輔助分離器的工作。圖2 是一種天然氣超音速分離器的工藝簡圖。

圖2 超音速氣液分離工藝簡圖

從氣田井口采出的氣體先進(jìn)入分離器1，進(jìn)行粗分離，除去夾雜的固體顆粒等較易分離的物質(zhì)，然后進(jìn)入超音速分離器，在超音速分離器中經(jīng)加速、膨脹、節(jié)流、旋流、擴(kuò)壓等過程，露點較低的飽和水和液烴被分離出來，經(jīng)過分離器2 進(jìn)行再分離之后進(jìn)入其他的工藝，脫水干燥的干氣進(jìn)入主管道進(jìn)行后續(xù)處理。

4 工藝改進(jìn)建議

從超音速分離器的基本原理可知，超音速分離器依靠氣流壓力能轉(zhuǎn)化為動能進(jìn)行節(jié)流膨脹降溫，氣流壓力的大小對超音速分離器分離效果影響明顯。實際生產(chǎn)中，由于井上來流與下游工藝參數(shù)并不是一成不變的，而這對超音速分離器的效率具有很大影響。因此必須在超音速分離裝置前端設(shè)置自動調(diào)節(jié)裝置，以穩(wěn)定來流壓力，確保分離器能夠高效工作。國內(nèi)引進(jìn)的首臺超音速分離裝置于2011年6月在塔里木油田牙哈作業(yè)區(qū)凝析氣廠成功投產(chǎn)，日處理量達(dá)到360×104m3。該裝置運轉(zhuǎn)良好，滿足設(shè)計要求。但是在實際使用中發(fā)現(xiàn)由于氣流壓力波動導(dǎo)致分離效率不夠穩(wěn)定，改進(jìn)方法是將超音速分離裝置與J-T 閥并聯(lián)，通過J-T 閥的自動控制來實現(xiàn)自動控制來流壓力[3]。

由于超音速分離器本身無自動部件，為穩(wěn)定來流壓力，需加裝可便于自動控制的閥門來實現(xiàn)。常用的自動控制執(zhí)行器閥門理論上均可承擔(dān)此任務(wù)。所選用的電磁閥應(yīng)盡量滿足耐腐蝕耐高壓等要求。在自動控制系統(tǒng)中設(shè)定超音速設(shè)計工況壓力為穩(wěn)定值，最大壓力波動為上下限設(shè)定電磁閥工作區(qū)間，即可初步實現(xiàn)自動穩(wěn)壓的作用。圖3 所示為改進(jìn)后的工藝。

圖3 改進(jìn)后的超音速氣液分離工藝簡圖

5 結(jié)論

本文通過對牙哈凝析氣田超音速分離裝置實際使用效果的分析，給出了較為簡便易實現(xiàn)的優(yōu)化方法。電磁閥的加裝及相關(guān)自動控制程序的設(shè)計國內(nèi)技術(shù)理論成熟，可以非常容易地實現(xiàn)。

[1]國家發(fā)改委，能源發(fā)展十二五規(guī)劃[J].北京，2013.

[2]王遇冬.天然氣處理原理與工藝[M].北京：北京石化出版社，2007.

[3]王應(yīng)聰，超音速分離技術(shù)在塔里木油田現(xiàn)場探索及應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012，15.