李旭成 鄭小林 肖軍 鄭榕 杜誠

中國石油西南油氣田公司川西北氣礦

三甘醇脫水裝置運行常見問題分析及處理對策

李旭成 鄭小林 肖軍 鄭榕 杜誠

中國石油西南油氣田公司川西北氣礦

在脫水裝置的實際操作運行中發(fā)現，過高的地層水礦化度及化排劑使用不當常常導致裝置出現運行故障甚至停車，影響生產的正常運行。主要論述了三甘醇脫水裝置在運行過程中出現故障的表現形式及常見問題，深入分析了出現問題的原因并提出相應的處理對策及預防措施，對三甘醇脫水裝置的穩(wěn)定生產運行具有良好的借鑒意義。

三甘醇 脫水 問題分析 處理對策

近年來，隨著天然氣的開發(fā)越來越受到人們的重視，在天然氣長輸過程中，對天然氣氣質提出了更高的要求。若天然氣中的飽和水含量過高，不僅會降低管線輸送能力，同時，由于輸送壓力和周邊環(huán)境的變化，形成的水合物和酸性物質還會對管道產生腐蝕，甚至造成用戶燃氣加熱爐燃燒器熄火，存在嚴重的安全隱患。因此，在外輸天然氣之前對其進行脫水顯得尤為必要［1－2］。

三甘醇（以下簡稱TEG）天然氣脫水裝置因具有吸濕性高、容易再生、占地面積小、設備布置緊湊、易于搬遷安裝、操作無需借助外力等優(yōu)點，在國內得到廣泛應用［3－4］。然而，在實際運行過程中，該裝置常常由于開發(fā)區(qū)塊地層水礦化度較高、過多使用化排劑等因素，造成循環(huán)管路發(fā)生堵塞和腐蝕，進而導致裝置運行出現故障，對集氣站及氣井的正常生產均造成一定的影響［5］。

1 脫水裝置工藝原理及工藝流程

1.1 工藝原理

TEG是一種無色無臭有吸濕性的黏稠液體，其分子式為C6H14O4，物理特性如表1所示。TEG具有吸水性強、高溫條件下容易再生的特點，常用于天然氣脫水［6］。TEG脫水為物理過程，吸收了天然氣中飽和水蒸氣的TEG富液進入重沸器后，在高溫條件下蒸發(fā)水蒸氣，又可得到質量分數大于98%的貧液［7］。

表1 TEG物理特性Table 1 Physical properties of TEG

1.2 脫水工藝流程

對常規(guī)TEG脫水而言，其工藝流程可分為3部分［8］，如圖1所示。

（1）天然氣脫水：經過濾分離器初分離后的天然氣含飽和水，由吸收塔底部進入，在塔中與TEG貧液進行逆流接觸，天然氣中的水蒸氣被TEG貧液吸收后，從吸收塔頂部輸出，并與進塔的TEG貧液進行換熱后外輸［9］。

（2）TEG再生：在吸收塔中與天然氣接觸后的TEG富液從塔底流出，通過精餾柱一次換熱后進入閃蒸罐，閃蒸出溶液中溶解的烴類組分后經過三級過濾器過濾，過濾后的富液依次通過板式換熱器、緩沖罐與TEG貧液進行熱交換，最后經過富液精餾柱進入重沸器進行提濃再生。此時，TEG富液變?yōu)樨氁?，提濃后的貧液經過重沸器氣提柱溢流口依次反向進入緩沖罐、板式換熱器進行換熱，再通過TEG循環(huán)泵增壓進入干氣／貧液換熱器與脫水干氣進行換熱后進入脫水塔頂部，完成TEG的循環(huán)再生過程［10］。

（3）輔助系統(tǒng)：主要包括從吸收塔出口外輸氣管線上引出的燃料氣流程以及進行氣動控制的儀表風系統(tǒng)。

2 運行常見問題分析及處理對策

TEG脫水裝置主要運行故障多出現在TEG再生循環(huán)過程中，通過現場調研，歸納出各部件出現故障的主要表現形式，如表2所示，其問題主要集中在管路堵塞、TEG發(fā)泡變質、TEG過度損耗以及U形管出現腐蝕等方面。

表2 脫水裝置故障Table 2 Malfunctions of dehydration unit

2.1 TEG循環(huán)管路鹽結晶堵塞

在TEG再生循環(huán)過程中，保持循環(huán)管路通暢尤為重要，通過調研［11－12］發(fā)現，某些脫水裝置在運行一段時間后，會出現循環(huán)管路堵塞問題，尤其是在某些地層水礦化度較高（＞12 000mg／L）的氣田中。其原因在于當分離器初次分離不徹底時，部分地層水會隨著天然氣被帶入脫水裝置中，該部分地層水在與TEG接觸后進入TEG循環(huán)系統(tǒng)，其中高礦化度地層水中的鹽類（CaCl2、NaCl、MgCl2等）逐漸累積，并與TEG接觸后成為富含鹽分的富液。隨著該富液進入TEG再生系統(tǒng)，溫度逐漸升高，富液中的水分雖然得以蒸發(fā)，但富液中的鹽分卻不能隨再生氣蒸發(fā)出再生系統(tǒng)，仍殘留在TEG的貧液中，最終在貧液循環(huán)降溫的過程中析出鹽結晶（結晶醇），長時間累積后，就會逐漸造成循環(huán)系統(tǒng)中各部位出現鹽結晶堵塞故障，對循環(huán)泵的運轉產生磨損，進而影響其正常運行。通過現場實際分析，部分采用化排生產工藝的單井來氣中混有大量化排劑泡沫，是影響分離器分離效果的主要因素。而在循環(huán)管路中容易發(fā)生堵塞的位置主要集中在氣提柱、精餾柱、板式換熱器及氣動調節(jié)閥閥座內，在脫水裝置的運行過程中需加強對上述部位的檢查。

2.2 TEG溶液發(fā)泡及變質

通過對裝置排污閥定期排污，發(fā)現TEG溶液有時會出現發(fā)泡變質的現象。當溶液顏色呈較深的黑褐色，并混有H2S與芳香味混雜的難聞氣味時，表明其物化性質已發(fā)生改變，此時，脫水后的天然氣水露點將很難達到外輸要求［13］。通過分析發(fā)現，出現這一現象的主要原因可能如下：

（1）由于進入吸收塔之前的原料氣氣液分離效果不好，且吸收塔排液不及時，造成TEG吸收塔液泛，大量液態(tài)水與TEG溶液混合，使其發(fā)泡乳化。

（2）采用化排排水采氣工藝生產的單井來氣中，會夾雜部分化排劑殘留物。同時，在閃蒸分離過程中，若分離不徹底也會殘留部分液態(tài)烴物質，這些化學物質與TEG溶液混合后會對其造成化學污染，從而發(fā)生變質。

（3）由于燃料氣分離器的分離效果不太理想，使得TEG再生系統(tǒng)使用的氣提氣中會攜帶液態(tài)烴和其他雜質，這些雜質進入TEG再生系統(tǒng)后，也會引起TEG發(fā)泡變質［14］。

（4）部分原料氣中的酸性物質（修井、洗井、酸化壓裂作業(yè)時注入氣井內的酸液殘留物）未分離干凈，進入脫水裝置，造成TEG貧液pH值過高。同時，含硫天然氣中的H2S溶解在TEG溶液中，生成無機酸酯，導致TEG發(fā)生變質。

（5）當重沸器溫度過高時，持續(xù)高溫會使得TEG發(fā)生熱降解，發(fā)生脫水縮合反應，生成乙二醇、二甘醇、甘醇同系物等有機雜質，混入TEG溶液中，從而導致溶液變質［13］。

2.3 TEG溶液損耗

理論而言，處理1m3天然氣只需消耗1.5mg TEG。但通過現場分析發(fā)現，部分脫水站運行一段時間后，其TEG消耗量顯著增加，分析其原因如下：

（1）進入吸收塔的天然氣流速過高，壓差過大，高速流動的天然氣會攜帶一部分TEG進入外輸管道，造成TEG損耗［15］。

（2）吸收塔底部分離段積液較多，當積液超過TEG富液出口位置時，大量含水量超標的TEG富液進入精餾柱，使得精餾柱內突然產生大量水蒸氣，高溫、高流速蒸汽攜帶精餾柱內TEG富液進入灼燒爐燃燒，從煙囪噴出大量黑煙，造成TEG的浪費及環(huán)境污染。

（3）換熱后的TEG貧液入塔溫度仍高于60℃，增大了TEG損失。

（4）裝置在運行一段時間后，閥門等設備密封出現問題，造成TEG漏失損耗。

2.4 重沸器U形加熱管發(fā)生腐蝕

部分脫水裝置在運行一段時間后，重沸器U形加熱管穿孔發(fā)生腐蝕，其原因與堵塞發(fā)泡現象類似，均因原料氣中混有工藝井修井后殘留的酸液等物質進入TEG再生系統(tǒng)以及地層水礦化度過高，出現的鹽結晶逐漸沉積，對U形管造成腐蝕。

3 處理措施

3.1 TEG循環(huán)管路鹽結晶堵塞的處理措施

解決鹽結晶堵塞問題的關鍵在于控制進入脫水裝置前天然氣中高礦化度游離水的含量，其主要處理措施如下：

（1）盡可能降低單井來氣溫度，定期監(jiān)測分離器疏水閥運行工況和來氣中的泡沫含量，加強單井來氣的就地分離工作。

（2）在單井到脫水站的輸氣支線上加裝大型積液包或分水器，加強輸氣支線的排水頻率。

（3）在條件允許的情況下，可在輸氣支線上加裝收發(fā)球裝置，定期對管線進行清管作業(yè)，進一步將管道中的水攔阻在脫水裝置外。

（4）合理控制進出站壓差，避免壓力波動造成輸氣管內積液大量突進，預防因段塞流而造成的液泛。

3.2 TEG溶液發(fā)泡及變質的處理措施

針對TEG發(fā)泡變質這一問題，其控制的關鍵在于原料氣潔凈度，尤其是對含硫井以及采用化排工藝生產的單井來氣的處理。其主要處理措施包括：

（1）加強進入脫水塔前的原料氣的預處理，在條件允許的情況下，在進入分離器之前再加裝一套消泡效果更為理想的固體消泡裝置［16］，使進站原料氣通過二次消泡，進一步減少其中混有的泡沫，增強分離器的分離效果，以減少進入脫水裝置中原料氣所混有的泡排劑化學成分和水蒸氣。目前，在川北九龍山氣田的集輸氣站中，新觀脫水站已在分離器前加裝了一套固體消泡裝置（見圖2），對原料氣中的泡沫進行二次消泡處理。該裝置占地面積小，日常操作維護簡便。在經過二次處理后發(fā)現，原料氣中泡沫大量減少，原料氣潔凈度有顯著提高。

（2）定期清洗塔盤，檢查捕霧網是否破損。

（3）若發(fā)現TEG發(fā)泡嚴重，可以適當考慮加注三辛基焙酸脂和焙酸三丁脂，有效抑制TEG的發(fā)泡傾向。

（4）嚴格控制重沸器運行溫度在204℃以內，避免TEG因超溫發(fā)生降解變質。

（5）嚴格對吸收塔運行參數進行監(jiān)測，控制進入吸收塔的天然氣流速，杜絕脫水塔超負荷運行。

（6）定期檢測TEG的pH值，必要時加入三乙醇胺，嚴格控制TEG溶液pH值在7～7.5之間［17］。

3.3 降低TEG溶液損耗的措施

在脫水裝置運行過程中，為了減少不必要的TEG損耗，需時刻監(jiān)測脫水裝置的運行狀況，控制其進氣速度、TEG循環(huán)泵泵速等參數。注意檢查吸收塔分離段液位、定時排液，防止液位過高導致TEG富液含水量超標；嚴格控制TEG貧液的進塔溫度，防止溫度過高造成TEG損失。除此之外，應定期對脫水裝置進行檢維修，確保設備完好，杜絕因設備原因造成的TEG“跑、冒、漏、滴”。

3.4 防止重沸器U形加熱管腐蝕的措施

防止重沸器U形加熱管腐蝕的措施主要包括：

（1）控制監(jiān)測TEG溶液pH值，通過定期調節(jié)TEG溶液pH值，降低溶液的腐蝕性。

（2）定期檢測TEG中氯化鈉含量，避免TEG系統(tǒng)出現鹽結晶現象。若發(fā)現盤管和U形管出現腐蝕穿孔，需立即停運裝置，更換腐蝕穿孔部件。

4 結論及建議

（1）在脫水裝置運行過程中，產生的問題主要包括管路堵塞、TEG發(fā)泡變質、TEG過度損耗及重沸器U形管腐蝕。

（2）在脫水站運行過程中，加強對脫水前原料氣的預處理尤為重要，對于含硫氣井來氣，應加強對原料氣中酸性物質的分離，嚴格控制酸性物質進入脫水裝置的量；對于采用化排生產工藝的氣井來氣，若發(fā)現消泡效果不好，在條件允許的情況下，可在原料氣進入分離器前加裝1套消泡裝置進行二次消泡，以減少進入脫水裝置的高礦化度游離水和機械雜質的含量。

（3）在脫水裝置運行過程中，應對運行參數進行嚴格的監(jiān)測和控制，定時檢測監(jiān)控TEG溶液的氯化鈉含量和pH值，以確保裝置的穩(wěn)定運行。

（4）定期對脫水裝置進行停運檢修，回收TEG，用清水循環(huán)加熱清洗整個TEG循環(huán)系統(tǒng)，消除設備運行中可能出現的隱患。

［1］金忠臣，楊川東，張守良，等.采氣工程［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2004.

［2］金祥哲，張寧生，吳新民，等.污染物對三甘醇脫水性和發(fā)泡性影響的研究［J］.天然氣工業(yè)，2005，25（10）：97－98.

［3］李明，溫冬云.新型板式換熱器在三甘醇脫水裝置中的應用［J］.石油與天然氣化工，2004，33（6）：419－423.

［4］羅國民.三甘醇脫水在高酸性氣田集輸站中的應用分析［J］.石油與天然氣化工，2013，42（6）：571－577.

［5］李龍，田建峰，張耀剛.撬裝天然氣脫水裝置運行中常見問題分析及對策［J］.石油化工應用，2007，26（3）：40－42.

［6］蔣洪，楊昌平.天然氣三甘醇脫水裝置節(jié)能分析［J］.石油與天然氣化工，2010，39（4）：122－127.

［7］中國石油天然氣管道工程有限公司天津分公司.SY／T 0076－2008天然氣脫水設計規(guī)范［S］.北京：石油工業(yè)出版社，2008.

［8］蘇建華，許可方，宋德琦，等.天然氣礦場集輸與處理［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2004.

［9］薛江波，盧慶慶，王亞軍，等.塔里木油田三甘醇脫水裝置參數優(yōu)化研究［J］.油氣田環(huán)境保護，2011，21（5）：30－33.

［10］陳小飛，華忠志，張岐，等.撬裝脫水裝置退液流程優(yōu)化［J］.石油化工應用，2012，12（31）：82－85.

［11］李雪峰.三甘醇裝置運行存在問題及處理方法［J］.技術應用，2014（8）：104－105.

［12］李進超.三甘醇脫水裝置投產常見故障分析及排除［J］.科技與企業(yè)，2013（1）：23－25.

［13］郭彬，何戰(zhàn)友，劉學蕊，等.三甘醇失效原因分析及回收研究［J］.天然氣工業(yè)，2006，26（9）：152－154.

［14］魯保山，閆洪濤，侯達昌.三甘醇脫水系統(tǒng)在歧口18－1油田的應用［J］.中國海上油氣（工程），2002，12（3）：33－35.

［15］丁啟耀.天然氣脫水工藝乙二醇損耗大原因分析及處理［J］.廣州化工，2013，41（21）：133－135.

［16］張振文，任濤，牛斌，等.固體消泡劑在鄂爾多斯盆地靖邊氣田的試驗與效果評價［J］.天然氣工業(yè)，2013，33（2）：32－36.

［17］李明國，徐立，張艷玲，等.天然氣脫水生產中三甘醇的使用情況［J］.鉆采工藝，2005，28（3）：107－108.

Analysis and treatment measures on common operation problems of TEG dehydration device

Li Xucheng，Zheng Xiaolin，Xiao Jun，Zheng Rong，Du Cheng
（Northwestern Sichuan Gas District，PetroChina Southwest Oil &Gasfield Company，Jiangyou621709，China）

The exorbitant salinity of formation water and the improper use of chemicals often have a severe effect on the operation of TEG dehydration unit.This paper mainly discussed the common problems and influencing factors of TEG dehydration unit，deeply analyzed the reasons of the device operation，put forward corresponding treatment and preventive measures，which might provide reference for the steady operation of TEG dehydration equipment.

triethyleneglycol，dehydration，problems analysis，treatment measures

TE644

B

10.3969／j.issn.1007－3426.2015.05.004

李旭成（1989－），男，四川中江人，2014年6月畢業(yè)于西南石油大學油氣田開發(fā)專業(yè)，工學碩士，現任職于中國石油西南油氣田公司川西北氣礦，主要從事現場采氣工程工作。E－mail：lixucheng＠petrochina.com.cn

2014－12－04；編輯：溫冬云