王 曼，王林平，覃 川，鄭 剛，魏立軍

(長慶油田分公司油氣工藝研究院,低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室,陜西 西安 710021)

天然氣凈化處理系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)在靖邊氣田的應(yīng)用

王 曼，王林平，覃 川，鄭 剛，魏立軍

(長慶油田分公司油氣工藝研究院,低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室,陜西 西安 710021)

靖邊氣田天然氣凈化處理系統(tǒng)的主要用能部位和重點耗能設(shè)備是天然氣凈化裝置、污水回注系統(tǒng)、甲醇回收系統(tǒng)、酸氣焚燒火炬系統(tǒng)等，能耗較高。因此對其應(yīng)用了凝結(jié)水閉式回收工藝技術(shù)、脫硫溶液富液余壓回收技術(shù)、一元化生活污水處理裝置等節(jié)能技術(shù)，既環(huán)保又節(jié)能降耗。凈化處理系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用是推動氣田凈化處理廠節(jié)能降耗工作的重要途徑。

天然氣;凈化處理系統(tǒng);節(jié)能減排;耗能設(shè)備;靖邊氣田

油田開采生產(chǎn)過程自身需要消耗大量的能源，這里指的能源主要是油田開發(fā)所消耗的電、煤、汽柴油、自用原油、天然氣等能源。多年來，國內(nèi)外科技工作者都針對氣田的用能部位，結(jié)合各自具體情況，開展了大量的節(jié)能降耗工作。既要提高天然氣的凈化度，滿足環(huán)保要求，又要少增加或不增加能耗，這是近年來氣田天然氣凈化處理系統(tǒng)節(jié)能降耗所追求的目標(biāo)。其主要研究路線：一是改進工藝設(shè)備，提高設(shè)備性能、效率和節(jié)能降耗,研制節(jié)能型設(shè)備;二是開發(fā)新工藝，改進傳統(tǒng)工藝，降低能耗[1-5]。

1 天然氣凈化處理系統(tǒng)主要能耗情況

在天然氣凈化處理過程中需要消耗天然氣、電力、蒸汽(二次能源)和新鮮水等能源。凈化處理系統(tǒng)主要由脫硫單元、脫水單元、硫磺回收單元、供熱站、放空系統(tǒng)、(污)水處理單元組成。主要用能部位在凈化裝置、鍋爐房、甲醇回收單元，重點耗能設(shè)備有鍋爐、100 kW以上的機泵、酸氣焚燒爐、火炬[6-7]。主要用能部位和重點耗能設(shè)備是節(jié)能管理的重點。

2 凈化處理系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用

2.1 凝結(jié)水閉式回收工藝技術(shù)應(yīng)用

鍋爐房凝結(jié)水處安裝密閉式凝結(jié)水回水器[8]，高溫凝結(jié)水先經(jīng)過閃蒸分離，閃蒸后的飽和水進入水箱，由凝結(jié)水泵直接打入鍋爐(圖1)。閃蒸后的二次蒸汽進入閃蒸罐，進入凝結(jié)水泵出口管道的蒸汽引射裝置，隨鍋爐給水一起打入鍋爐進行回收利用。閉式回收系統(tǒng)與外界隔絕，有利于提高回收凝結(jié)水的質(zhì)量,可以避免雜質(zhì)的進入,也可以避免因O2，SO2，NO等有害氣體進入而引起系統(tǒng)的腐蝕；也可防止開式回收時疏水器動作引起不穩(wěn)定因素(如用汽設(shè)備內(nèi)蒸汽的壓力波動和流速變化)，有利于穩(wěn)定用汽設(shè)備的操作。

圖1 凝結(jié)水閉式回收流程

該技術(shù)的應(yīng)用很大程度上減少了鍋爐運行能耗及水耗，不僅對凝結(jié)水回水閃蒸的二次蒸汽進行了較好的回收，也使凝結(jié)水回水的溫度提高了15～25℃，在相同狀況下節(jié)約燃料氣達到10%以上，取得了良好的節(jié)能效果(見表1)。

表1凝結(jié)水閉式回收工藝技術(shù)應(yīng)用前后測試的節(jié)能效果對比

應(yīng)用前同期應(yīng)用后同期節(jié)約產(chǎn)生蒸汽/t9498．359175．4322．95消耗天然氣量/萬m387．5177．879．64補充軟水量/m326001660940．00

2.2 脫硫溶液富液余壓回收技術(shù)應(yīng)用

凈化裝置脫硫單元的主要任務(wù)是脫除原料氣中的H2S和CO2，脫硫單元的能耗約占凈化廠總能耗的90%以上[9-12]。靖邊氣田天然氣凈化廠脫硫溶液循環(huán)采用離心加壓泵，此脫硫循環(huán)工藝無法利用MDEA富液壓能，造成壓能損失，裝置能耗較高。

圖2 液力往復(fù)泵原理演示圖

依據(jù)天然氣脫水撬大量使用的三甘醇溶液開米爾循環(huán)泵的使用效果得出啟示，采用往復(fù)式液缸能量回收方式可以將MDEA溶液循環(huán)泵的動力消耗降低70%。液力往復(fù)泵可實現(xiàn)富液壓能向動能的轉(zhuǎn)化(圖2)。其中高壓富液進入換向分配器后再進入右壓力交換液缸，右液缸內(nèi)富液推動活塞上行，將貧液增壓后泵出到吸收塔頂部；同時貧液給料泵將再生好的貧液供料至左壓力交換液缸，左液缸內(nèi)推動活塞下行，將回收完能量的低壓富液通過換向分配器壓出到閃蒸罐和汽提再生塔，從而有效降低溶液循環(huán)泵的電耗。

應(yīng)用該技術(shù)基本實現(xiàn)了裝置在較低能耗下脫除H2S和CO2，保證產(chǎn)品氣質(zhì)指標(biāo)合格。當(dāng)處理氣量為400×104m3/d時，每天可節(jié)電約3 400 kW·h，節(jié)約蒸汽60 t(見表2)。

表2脫硫溶液富液余壓回收技術(shù)應(yīng)用前后測試的能耗對比表

處理氣量/m3·d-1蒸汽MDEA循環(huán)泵耗量/t·d-1能耗指標(biāo)/MJ·t-1能耗/MJ耗電量/kW·h·d-1能耗指標(biāo)/MJ·(kW·h)-1能耗/MJ應(yīng)用前391．01×104403．152763．2911140209901．8612．56124367．2應(yīng)用后391．89×104343．029478636509．4381758．4節(jié)約60．131661573392．5642609．8

2.3 空冷系統(tǒng)應(yīng)用

凈化裝置和甲醇回收單元的水冷系統(tǒng)冷卻塔老化嚴(yán)重[13-14]，泄水帽部和填料大面積損壞，運行中水大量飄散，下游換熱設(shè)備結(jié)垢、堵塞嚴(yán)重，影響換熱效果，同時夏季生產(chǎn)中必須啟用風(fēng)機才能保證冷卻系統(tǒng)溫度正常。

空冷系統(tǒng)的應(yīng)用，降低了循環(huán)水系統(tǒng)運行負(fù)荷和冷卻過程中的揮發(fā)流失水量，達到節(jié)約水、電消耗的目的(見表3)。

表3循環(huán)水系統(tǒng)應(yīng)用空冷器前后測試的能耗對比表

項目應(yīng)用前同期耗能應(yīng)用后同期耗能節(jié)約循環(huán)水系統(tǒng)補水量/m323349166186731循環(huán)水泵耗電量/kW·h20460001450800595200冷卻塔風(fēng)機耗電量/kW·h1636800163680

2.4 一元化生活污水處理裝置應(yīng)用

污水處理單元原有處理工藝是將生活污水直接并入生產(chǎn)污水進行處理，使得生產(chǎn)污水處理負(fù)荷加大，設(shè)備能耗增加。

一元化裝置工作原理：生活污水由提升泵輸送至一元化裝置[15-16]，在一元化裝置中經(jīng)沉淀、除油、微生物降解，消毒后流向生活污水提升井，然后經(jīng)提升泵輸送至微孔陶瓷過濾器過濾，進入調(diào)節(jié)罐存儲。

該技術(shù)應(yīng)用后，生活污水和與之類似的工業(yè)有機廢水可得到有效處理，處理后污水中的機械雜質(zhì)、硫化物、油份以及COD均達到了污水處理的排放標(biāo)準(zhǔn)(見表4)。處理后的水冬天進行回注，夏天作為綠化水灌溉處理。夏天日均節(jié)約新鮮用水量150 m3左右；同時降低了污水處理系統(tǒng)的負(fù)荷，延長了設(shè)備使用壽命。

表4一元化裝置應(yīng)用后生活污水的化驗數(shù)據(jù)

時間機雜/mg·L-1COD/mg·L-1硫化物/mg·L-1油份/mg·L-1進口出口進口出口進口出口進口出口2008．0638．009．602345223．720．0043．508．102009．0642．709．202405627．740．0069．809．232010．0656．0312．212154230．120．0055．437．38

注:控制指標(biāo)機雜≤30 mg·L-1COD≤60 mg·L-1硫化物≤1.0 mg·L-1油份≤10.0 mg·L-1

2.5 雙火焰噴頭火炬的應(yīng)用

靖邊氣田共計有4座火炬，均采用常燃型的火炬系統(tǒng)[17-18]，隨著運行時間延長，火炬頭的點火裝置會出現(xiàn)積碳現(xiàn)象，一旦熄滅再次點燃十分困難。因此在日常運行中，只能增大燃料氣來保證火炬持續(xù)燃燒。

應(yīng)用雙火焰噴頭，火炬頭部長燃噴頭處于微火狀態(tài)，微火所需燃料氣約1 Nm3/h。排放氣點火時，由長燃微火引燃點火噴頭噴出的燃料氣，再引燃排放氣，點火火焰所需燃料氣約8 Nm3/h?；鹁嫫綍r工作時只處于點燃長燃微火的待命狀態(tài)，當(dāng)排放氣點火時才產(chǎn)生瞬時的點火燃料氣大流量，以此達到明顯的節(jié)能效果。

應(yīng)用雙火焰噴頭可完成噴頭除碳自凈。當(dāng)一個噴頭需要除碳時，另一個噴頭送入燃料氣并噴出火焰對其進行烘烤加熱，同時通入空氣或者富氧氣體，于是積碳被氧化成二氧化碳而排出噴頭。

應(yīng)用前凈化廠的火炬維持燃燒的燃料氣量每座達到200 m3/h以上，約為設(shè)計16.8 m3/h的10倍，燃料氣用量17.347萬m3，應(yīng)用后1.699萬m3。

3 結(jié)論

氣田的節(jié)能減排是一項長期而艱巨的任務(wù)，隨著設(shè)備的更新、工藝的改進、管理的進步和認(rèn)識的提高，節(jié)能工作也在不斷地發(fā)展。積極跟蹤、研究、推廣國內(nèi)外先進的生產(chǎn)工藝和節(jié)能技術(shù)，才能實現(xiàn)節(jié)能效果和經(jīng)濟效益的統(tǒng)一。

靖邊氣田凈化處理系統(tǒng)節(jié)能減排工作取得了顯著的成效，實現(xiàn)了“科技、綠色、和諧、節(jié)能”開發(fā)靖邊氣田的目標(biāo)，為節(jié)能減排的目標(biāo)做出了巨大的貢獻。

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EnergySavingTechnologyofNaturalGasPurificationSystemintheFieldofJingbian

WANGMan，WANGLin-ping，QINChuan，ZHENGGang，WEILi-jun

(OilandGasTechnologyResearchInstituteofChangqingOilfieldCompany，Xi’an710018，China;NationalEngineeringLabofLow-permeabilityOil-gasFieldExplorationandDevelopment，Xi’an710018，China)

Major energy consuming equipment and key parts of Jingbian gas field purification systems are high energy consumption. Such as natural gas purification device，water re-injection system，methanol recovery system and sour gas burning torch system. Therefore, some energy-saving technology would be used, such as desulfurization solution rich liquid pressure recovery technology, closed condensate recovery technology, unified sewage treatment plant, dual-flame torch nozzle, which is environmentally friendly and energy saving. Application of purification systenis energy saving is an important way to promote energy saving gas purification treatment plant work.

natural gas;purification systems;energy conservation;energy-consuming equipment;Jingbian gas field

2014-03-06修訂稿日期2014-05-10

中國石油低碳關(guān)鍵技術(shù)研究“低滲透油氣田節(jié)能節(jié)水關(guān)鍵技術(shù)研究”(2011E-2402)。

王曼(1983～)，女，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事油田節(jié)能方面的生產(chǎn)管理和科研工作。

TE644

A

1002-6339 (2014) 06-0553-04