張紅靜蘇花衛(wèi)楊 恂

（1.承德石油高等?？茖W(xué)校，河北 承德 067000；

2.中國石油西南油氣田公司蜀南氣礦自貢采氣作業(yè)區(qū)，四川 自貢 643000）

文23氣田三甘醇脫水系統(tǒng)工藝改進(jìn)措施研究

張紅靜1蘇花衛(wèi)1楊 恂2

（1.承德石油高等?？茖W(xué)校，河北 承德 067000；

2.中國石油西南油氣田公司蜀南氣礦自貢采氣作業(yè)區(qū)，四川 自貢 643000）

通過分析文23氣田三甘醇脫水裝置存在的問題，提出了設(shè)置閃蒸罐、甘醇貧富液換熱采用高效板式換熱器、將隔膜式甘醇循環(huán)計(jì)量泵換為能量轉(zhuǎn)換泵、實(shí)現(xiàn)再生塔塔頂外循環(huán)量可調(diào)、優(yōu)化工藝參數(shù)等改進(jìn)技術(shù)與措施，增強(qiáng)了脫水裝置的可調(diào)節(jié)性和可操作性，降低裝置的操作費(fèi)用和能耗，降低三甘醇損失。

三甘醇 脫水裝置 工藝改進(jìn)

0 引言

天然氣自氣井產(chǎn)出，在集氣站經(jīng)過三級節(jié)流降壓、井口分離器簡單分離后，水含量依然很高。而在天然氣的管道輸送過程中，產(chǎn)品天然氣的水露點(diǎn)必須達(dá)到輸送要求，以避免在天然氣管道輸送過程中發(fā)生腐蝕、凍堵及降低輸送能力的后果，所以，必須對井口天然氣進(jìn)行脫水處理。

目前，溶劑吸收法是廣泛應(yīng)用的天然氣脫水方法，其中又以三甘醇脫水技術(shù)應(yīng)用最多。因?yàn)橄鄬τ谄渌軇?，三甘醇具有熱穩(wěn)定性好、易于再生，吸濕性很高、蒸汽壓低、攜帶損失量小、裝置運(yùn)行可靠、達(dá)到的露點(diǎn)降大、濃溶液不會固化等優(yōu)點(diǎn)［1-3］。

文23氣田的三甘醇脫水裝置在設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程中，存在著效率低、能耗高、污染重等一系列的問題。筆者通過文獻(xiàn)資料調(diào)研和現(xiàn)場裝置實(shí)際運(yùn)行狀況，提出了一些改進(jìn)措施，以便使文23氣田三甘醇脫水裝置的工藝更優(yōu)，能耗更低，運(yùn)行更平穩(wěn)、更環(huán)保，也為其他氣田的三甘醇脫水裝置改造與運(yùn)行提供參考。

1 三甘醇脫水工藝流程概述

濕天然氣經(jīng)三級分離器分離后，由吸收塔底部進(jìn)入吸收塔，三甘醇由吸收塔上部第一層塔盤上注入，天然氣在吸收塔中自下而上與各層泡罩塔盤中的三甘醇逆流接觸，經(jīng)過充分傳質(zhì)交換，其中的水分被三甘醇吸收變成干氣（產(chǎn)品氣），再經(jīng)塔頂捕霧絲網(wǎng)除去氣體中攜帶的三甘醇微小液滴后出吸收塔頂外輸（圖1）。

圖1 三甘醇脫水工藝流程圖

吸收了天然氣中水分的富三甘醇由吸收塔塔底出液，至三甘醇再生撬富液精餾柱柱頂換熱盤管。富甘醇經(jīng)與富液精餾柱柱頂換熱盤管，一方面本身被加熱，溫度可加熱到80℃左右，同時給柱頂汽相提供冷量。換熱后，經(jīng)濾布過濾器用以過濾掉甘醇溶液中的固體雜質(zhì)，經(jīng)活性炭過濾器用以除掉甘醇溶液中的部分重?zé)N及甘醇降解物質(zhì)。富甘醇出過濾器后進(jìn)板式貧富液換熱器與由重沸罐下部換熱緩沖罐流出的熱貧液進(jìn)行換熱升溫，再進(jìn)換熱緩沖罐換熱盤管與緩沖罐中貧甘醇進(jìn)行第三次換熱升溫至約100～120℃；最后，富甘醇在自身壓力下進(jìn)入富液精餾柱中部，分離成汽液兩相。

汽相上升，在柱內(nèi)填料上與柱頂被冷凝下來的內(nèi)回流進(jìn)行傳質(zhì)交換，水分及溶解在醇液中的烴類被分離出來，由精餾柱頂排出。液相下降，在填料上與重沸罐加熱上升的汽相進(jìn)行傳質(zhì)，水分及烴類被解吸，三甘醇得到提純后下降到重沸罐，被加熱至195～200℃以蒸發(fā)出殘留的水分和烴類；得到再生后的貧甘醇。經(jīng)貧液汽提柱溢流口溢流至貧液汽提柱，在汽提柱中經(jīng)干氣汽提后進(jìn)入下部換熱緩沖罐。

貧甘醇出緩沖罐進(jìn)入貧富液板式換熱器與富液換熱降溫至小于95℃，經(jīng)甘醇過濾器過濾后進(jìn)隔膜式甘醇循環(huán)計(jì)量泵泵出進(jìn)入吸收塔頂干氣出口套管換熱器，與出口天然氣換熱冷卻后進(jìn)入吸收塔塔盤重新吸收天然氣中的水分。

2 三甘醇脫水裝置存在的問題

目前，文23氣田三甘醇脫水裝置運(yùn)行狀況基本是正常的，但是因?yàn)樵蠚鈿赓|(zhì)、氣田產(chǎn)出水（泡沫排水采氣）、設(shè)計(jì)流程不太合理、工藝參數(shù)不夠優(yōu)化、設(shè)備選型不夠理想等因素，導(dǎo)致脫水裝置的運(yùn)行成本較大，脫水運(yùn)行不太穩(wěn)定，甚至?xí)霈F(xiàn)天然氣水露點(diǎn)不合格的問題。文23氣田三甘醇脫水裝置存在的主要問題有：

1）井口分離器來氣僅能粗略地脫出天然氣中的雜質(zhì)，氣體需要再通過多管螺道旋流分離器和聚結(jié)過濾分離器，從而脫出0.1 μm以上的液固體雜質(zhì)。但有時會由于分離器底部的液位較高，使分離器內(nèi)沒有足夠的沉降空間，從而不能將液態(tài)水、輕烴和固體顆粒等雜質(zhì)去除殆盡。在天然氣通過吸收塔時，液固體雜質(zhì)進(jìn)入三甘醇，引起三甘醇溶液發(fā)泡。

2）吸收塔頂沒有安裝在線分析，不能及時監(jiān)測捕霧網(wǎng)的分離效率和三甘醇損失量。

3）再生系統(tǒng)沒有設(shè)置閃蒸罐。文23氣田三甘醇脫水裝置沒有設(shè)置三甘醇富液閃蒸罐，使富三甘醇因帶有輕烴、芳香烴、凝析油等引起三甘醇溶液發(fā)泡，從而增加三甘醇溶液的損失量。

4）貧富甘醇換熱器用的是盤管式換熱器，再生負(fù)荷偏高［4］。在貧甘醇罐進(jìn)行貧富三甘醇液換熱時，所用盤管式換熱器的換熱效果比較差，使得換熱后的富甘醇液進(jìn)入再生塔的溫度較低，一般在96℃左右，從而增加再生塔重沸器的熱負(fù)荷，增大了裝置的運(yùn)行成本。換熱后，三甘醇貧液溫度也較高（一般在95℃以上），導(dǎo)致甘醇貧液進(jìn)泵溫度太高。現(xiàn)場雖然增加了板式換熱器（換熱面積為6.63 m2，傳熱系數(shù)為500 W/℃；出換熱器貧甘醇溫度小于等于95℃），但此板式換熱器換熱面積太小，不能滿足要求，一直用自來水管沖洗泵體降溫，造成了水資源浪費(fèi)和能耗增加。

5）再生塔重沸器火管傳熱效率降低，三甘醇貧液濃度偏低，同時引起甘醇污染。文23氣田產(chǎn)出水礦化度較高，有的氣井又采用了泡沫排水采氣，使得水分在再生系統(tǒng)中蒸發(fā)后，無機(jī)鹽呈晶體或鹽垢析出并附著在重沸器火管上，造成火管傳熱效率下降，若增大燃燒氣的氣量，會因再生塔溫度過高引起三甘醇分解甚至結(jié)焦［5-6］。

6）工藝參數(shù)操作不合理，引起能耗增加、甘醇損耗量偏大。溫度對三甘醇損失量影響較大。吸收塔操作溫度及三甘醇貧液入塔溫度過高、再生塔富液精餾柱溫度偏高都會造成能耗增加、三甘醇攜帶損失加大，還有再生塔重沸器火管溫度偏高會引起甘醇熱分解損耗。

現(xiàn)場操作人員對三甘醇脫水裝置了解甚少，很難維持較優(yōu)的操作參數(shù)。另外，清理過濾器、更換閥門、墊片等操作不規(guī)范，也會引起甘醇損耗量增大［7-8］。

7）沒有投用汽提氣。文23氣田脫水裝置沒有投用汽提氣，使得在同等條件下達(dá)到同一貧三甘醇液濃度時（如97%）所需要的再生溫度較高，增大了再生塔負(fù)荷，增大了能耗。而且，難以獲得98.5%甚至更高的三甘醇貧液濃度。若三甘醇貧液濃度較低，將導(dǎo)致同等條件下的貧液循環(huán)量增大，甚至不能滿足脫水的水露點(diǎn)指標(biāo)要求。

3 裝置優(yōu)化措施

1）在原料氣進(jìn)入脫水系統(tǒng)前，將原料氣中的水、輕烴（凝析油）及固體顆粒去除殆盡。要及時排污，確保井口分離器有足夠的沉降空間與沉降時間，去除天然氣中的大量水、凝析油及其他固體雜質(zhì)；確保天然氣經(jīng)多管螺道旋流分離器分離后能夠去除5 μm以上的固體顆粒和小液滴，再通過聚結(jié)過濾分離器時，能夠去除0.1 μm以上的小液滴，防止甘醇發(fā)泡（必要時可加入消泡劑），保證分離效果。

2）吸收塔頂安裝在線分析，及時監(jiān)測捕霧網(wǎng)的分離效率和三甘醇損失量，及時調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，保證產(chǎn)品氣質(zhì)量，降低三甘醇損失。

3）再生系統(tǒng)設(shè)置閃蒸罐。設(shè)置三甘醇富液閃蒸罐，在富甘醇液換熱后，進(jìn)入再生系統(tǒng)前，先使三甘醇富液進(jìn)行一次閃蒸，去除富液中的部分烴類、水蒸氣，降低三甘醇損失，防止三甘醇溶液發(fā)泡。閃蒸溫度可以控制在60～65℃，停留時間為5～10 min，閃蒸壓力為0.35～0.52 MPa。

4）更換為功率更大的板式換熱器，降低甘醇再生熱負(fù)荷。為了將高溫甘醇貧液熱量有效回收利用，將板式換熱器的換熱面積加大（表1），保證將三甘醇貧液溫度降低至82℃以下，有效地降低再生塔熱負(fù)荷［9］。

表1 換熱器改進(jìn)前后換熱效果對比表

5）及時清理再生塔的污垢，提高著火管的傳熱效果；增加可靠的溫度自動控制系統(tǒng)，嚴(yán)格監(jiān)控再生塔溫度，盡可能使再生塔內(nèi)的三甘醇溫度不超過196℃，防止溫度過高引起三甘醇分解或結(jié)焦。

6）維持合理的操作參數(shù)，降低能耗與三甘醇損失。在三甘醇脫水系統(tǒng)中，進(jìn)料氣的溫度和壓力是一定的。由于三甘醇在溫度較低時黏度增加，容易發(fā)泡，因而進(jìn)料氣的溫度不應(yīng)低于15℃，一般可控制在15～38℃。貧三甘醇脫水溫度，從理論上說，它應(yīng)比吸收塔內(nèi)的氣體溫度高3～8℃，但從三甘醇裝置脫水的角度來看，吸收溫度應(yīng)控制在27～38℃。三甘醇的循環(huán)量要根據(jù)原料氣的含水量來調(diào)節(jié)，推薦值為每升水12.5～33.3 L三甘醇。這樣，可以使三甘醇損耗量不超過16L/106m3天然氣。要降低能耗與三甘醇損失，需要選擇合理的工藝參數(shù)。

7）投用汽提氣。當(dāng)三甘醇貧液濃度大于98.5%時，將大大提高三甘醇的脫水效率，從而降低貧液循環(huán)量，降低能耗。將脫水裝置的汽提氣投用，氣量可控制在20～30 L/h，可在再沸器溫度為200℃時使再生后的三甘醇濃度提升至99.5%以上。

4 結(jié)論

通過分析文23氣田三甘醇脫水裝置在運(yùn)行過程中能耗和三甘醇損耗較高的原因所在，針對性地采用7項(xiàng)改進(jìn)措施，有效增強(qiáng)了脫水裝置的可調(diào)節(jié)性和可操作性，可降低能耗約7.3%，降低三甘醇損失約5.1%，在脫水裝置設(shè)計(jì)和技術(shù)改造中具有推廣應(yīng)用價值。

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（編輯：李臻）

B

2095-1132（2016）05-0044-03

10. 3969/j. issn. 2095-1132. 2016. 05. 011

修訂回稿日期：2016-08-01

張紅靜（1976-），女，副教授，從事教育管理工作。E-mail：67880059@qq.com。