田德銀 王戰(zhàn)琦

(西南油氣分公司川東北采氣廠， 四川 閬中 637400)

水套爐在元壩高含硫氣田運(yùn)用問(wèn)題分析

田德銀 王戰(zhàn)琦

(西南油氣分公司川東北采氣廠， 四川 閬中 637400)

高含硫氣田開(kāi)發(fā)中，水套爐在阻止天然氣水合物的生產(chǎn)、單質(zhì)硫的析出，恒溫控制、自控聯(lián)鎖方面起著重要的作用。在元壩海相氣井調(diào)試、生產(chǎn)過(guò)程中，出現(xiàn)水浴溫度降低，氣井關(guān)斷問(wèn)題，通過(guò)排查、分析、判斷，輸電線路消耗電壓，并使得水套爐電磁閥因額定電壓不足而開(kāi)關(guān)不到位，影響天然氣流量，無(wú)法自動(dòng)調(diào)節(jié)火焰大小，無(wú)法保持水浴溫度恒定。該問(wèn)題的解決，對(duì)高含硫氣田水套爐的設(shè)計(jì)起著借鑒作用。

水套爐;水合物;自控聯(lián)鎖;水浴溫度;電磁閥;額定電壓

0 前言

元壩氣田是中石化繼普光氣田之后，成功開(kāi)發(fā)的第二個(gè)高含硫氣藏，目前年生產(chǎn)天然氣能力達(dá)到凈化氣34億方。天然氣中硫化氫含量2.7%～8.44%(體積含量，下同)，二氧化碳含量3.12%～15.5%，屬于高含硫化氫，中含二氧化碳?xì)馓铩?/p>

元壩氣田井口壓力高達(dá)50MPa，氣井開(kāi)采前期不產(chǎn)水，高壓天然氣經(jīng)節(jié)流降壓到7-8MPa、溫度保持在40℃左右恒溫輸送至元壩凈化廠深度脫水、凈化。在節(jié)流降壓的過(guò)程中，天然氣溫度急劇降低，當(dāng)溫度降低到27℃以下時(shí)，天然氣中的水汽在雜質(zhì)的作用下生成水合物，同時(shí)，在溫度降低的過(guò)程中，高含硫天然氣極易析出單質(zhì)硫。水合物和單質(zhì)硫綜合作用，極易堵塞流程，造成氣井停產(chǎn)停輸。為解決上述問(wèn)題，水套爐加熱、恒溫、自控的綜合利用，成為元壩氣田有效的解決措施之得以成功運(yùn)用。如何保證水套爐的科學(xué)、有效運(yùn)行，從而保證正常的氣井采輸，是保證高效開(kāi)發(fā)高含硫氣田的關(guān)鍵。

1 水套爐設(shè)計(jì)考慮的因素

加熱氣體。元壩氣田高壓氣體從50MPa降壓到7-8MPa，經(jīng)過(guò)三級(jí)節(jié)流：井口天然氣(井口溫度50℃左右)經(jīng)井口籠套式節(jié)流閥節(jié)流，降壓到28MPa左右(設(shè)計(jì)壓力為40MPa)為一級(jí)節(jié)流(為保證不生成水合物，井口加注了甲醇)；加入甲醇并節(jié)流后天然氣繼續(xù)經(jīng)二級(jí)節(jié)流閥節(jié)流，降壓到14MPa左右，進(jìn)入分酸分離器，分離后天然氣中不含甲醇，且溫度降低到10℃或更低，此時(shí)易生成水合物和析出單質(zhì)硫，為有效解決該問(wèn)題，天然氣進(jìn)入水套爐加熱后經(jīng)過(guò)三級(jí)節(jié)流閥節(jié)流，壓力將至7-8MPa，溫度40℃，最后外輸。

具備恒溫功能?？紤]元壩氣田實(shí)際情況，加熱后的天然氣高于水合物的生成溫度，同時(shí)可以抑制單質(zhì)硫的析出，保證出站溫度在40℃左右，這就要求流經(jīng)水套爐的天然氣吸收的熱與火焰加熱水套爐軟化水的熱保持動(dòng)態(tài)平衡，表象體征為水套爐的水浴溫度基本恒定。結(jié)合單井產(chǎn)氣量、壓力、出站溫度(約40攝氏度)，經(jīng)過(guò)設(shè)備選型(選擇水套爐的功率，如60kw、80kw等)，計(jì)算元壩各井站水套爐的最佳水浴溫度為80℃。

水套爐具備自控功能。水套爐除具備加熱功能外，應(yīng)有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，能參與站場(chǎng)聯(lián)鎖控制(SIS)。一旦生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)水浴溫度過(guò)低、水位過(guò)低、燃燒系統(tǒng)熄火等狀況時(shí)，控制系統(tǒng)將直接把信號(hào)反饋到站場(chǎng)控制室，在控制室組件的作用下，實(shí)行井口關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)氣井停產(chǎn)、停輸，保證高含硫氣井的生產(chǎn)安全。

2 水套爐的啟動(dòng)與調(diào)節(jié)

水套爐安裝完畢后，先對(duì)設(shè)備進(jìn)行通電，并進(jìn)行打點(diǎn)單調(diào)，調(diào)試合格后具備投運(yùn)條件。投產(chǎn)啟用時(shí)，在站控室電腦界面點(diǎn)擊或現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)“啟動(dòng)”按鈕，水套爐風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，建立爐膛內(nèi)風(fēng)循環(huán)模式，將爐膛內(nèi)可能存在的可燃?xì)怏w通過(guò)水套爐煙囪循環(huán)到大氣中，并持續(xù)一定時(shí)間；同時(shí)，檢測(cè)器檢測(cè)出爐膛內(nèi)無(wú)可燃?xì)怏w后，點(diǎn)火槍自動(dòng)打火，母火管線上的電磁閥自動(dòng)開(kāi)啟，天然氣通過(guò)母火管線進(jìn)入爐膛，點(diǎn)燃并形成長(zhǎng)明火；感應(yīng)裝置檢測(cè)到長(zhǎng)明火后，將信號(hào)反饋至控制柜，控制柜發(fā)出主火燃燒指令，主火管線電磁閥開(kāi)啟，天然氣進(jìn)入爐膛，在長(zhǎng)明火的作用下被點(diǎn)燃，燃燒并加熱水套爐爐腔內(nèi)的軟化水。

在加熱天然氣生產(chǎn)時(shí)，天然氣的產(chǎn)量變化將引起系統(tǒng)溫度的變化，體現(xiàn)在水套爐水浴溫度的變化上。當(dāng)水套爐水浴溫度過(guò)高，傳感器輸出信號(hào)并反饋到控制組件，控制組件發(fā)出指令，主火管線電磁閥自動(dòng)減少開(kāi)度，天然氣通過(guò)量減小，燃燒的熱量減少，水浴溫度降低到設(shè)計(jì)值；同樣，當(dāng)水套爐水浴溫度過(guò)低，傳感器輸出信號(hào)并反饋到控制組件，控制組件發(fā)出指令，主火管線電磁閥自動(dòng)增大開(kāi)度，天然氣通過(guò)量增大，燃燒的熱量增大，水浴溫度升高到設(shè)計(jì)值。通過(guò)電磁閥的自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整加熱火焰的大小，進(jìn)而調(diào)整水浴溫度，使水浴溫度在可控范圍內(nèi)小幅度波動(dòng)，基本保持恒溫，滿足生產(chǎn)要求。

3 投產(chǎn)中存在的突出問(wèn)題

氣井開(kāi)井前，先對(duì)水套爐進(jìn)行點(diǎn)火加熱，溫度升高至80℃左右時(shí)，根據(jù)每口井的配產(chǎn)開(kāi)井生產(chǎn)，投產(chǎn)后很短時(shí)間內(nèi)(20分鐘左右)，天然氣溫度能滿足外輸要求，但隨著生產(chǎn)的進(jìn)一步進(jìn)行，天然氣溫度、水套爐水浴溫度逐步下降，當(dāng)溫度下降到一定程度(50℃)時(shí)，SIS自控系統(tǒng)啟動(dòng)，氣井關(guān)井，天然氣停產(chǎn)、停輸，嚴(yán)重影響氣田產(chǎn)量。

后經(jīng)過(guò)多次、反復(fù)相同操作，仍出現(xiàn)氣井關(guān)井、停產(chǎn)問(wèn)題。

4 解決問(wèn)題途徑

為解決上述問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)投產(chǎn)人員進(jìn)行了反復(fù)的原因探索和查找。

加大燃料氣壓力。針對(duì)可能的燃料氣壓力過(guò)小，通過(guò)調(diào)整調(diào)壓閥，升高調(diào)壓后的燃料氣壓力，從先前的0.2MPa升高到0.3MPa、0.4 MPa甚至更高。為達(dá)到此目的，調(diào)壓閥調(diào)到了高極限，后果是調(diào)壓閥隔膜片損壞，調(diào)壓閥報(bào)廢，燃燒供氣管線因調(diào)壓后壓力過(guò)高而絲扣漏氣，緊固過(guò)程中部分管線損壞。處理該類問(wèn)題需組織物資、施工隊(duì)伍，浪費(fèi)物力、人力，拖延投產(chǎn)日期。

減小輸氣量。分析認(rèn)為，有可能流量計(jì)計(jì)量不準(zhǔn)，氣井實(shí)際產(chǎn)能過(guò)大。通過(guò)調(diào)節(jié)一、二、三級(jí)節(jié)流閥開(kāi)度，減少天然氣產(chǎn)量，但天然氣產(chǎn)量減少的減少未能有效解決這一問(wèn)題。

檢查爐頭、火頭、供風(fēng)系統(tǒng)。通過(guò)拆卸爐頭，檢查供風(fēng)系統(tǒng)，燃燒器及燃燒方向，并進(jìn)行反復(fù)清洗、維護(hù)、調(diào)整，但這一問(wèn)題均未得到有效解決。

檢查供氣流程。在其他檢查無(wú)結(jié)果的情況下，通過(guò)反復(fù)的點(diǎn)火、熄火，并改變水套爐水浴溫度設(shè)定值，在溫度的變化中，發(fā)現(xiàn)火焰基本無(wú)變化，并發(fā)現(xiàn)在調(diào)節(jié)過(guò)程中主燃料氣管線上的電磁閥動(dòng)作幅度較小，遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)中電磁閥的動(dòng)作幅度。

5 原因分析及解決措施

找到問(wèn)題癥結(jié)后，對(duì)電磁閥動(dòng)作較小，開(kāi)關(guān)不到位的情況進(jìn)行分析，測(cè)試。發(fā)現(xiàn)通電未啟動(dòng)時(shí)電磁閥的電壓為24V，點(diǎn)火啟動(dòng)后電磁閥的驅(qū)動(dòng)電壓僅為17V，與電磁閥額定要求的24V工作電壓相差甚大，無(wú)法提供足夠的電磁閥開(kāi)啟力。

分析其原因?yàn)椋谞t設(shè)計(jì)時(shí)的驅(qū)動(dòng)電源在控制間，通過(guò)電線敷設(shè)至現(xiàn)場(chǎng)水套爐處，距離約150m，如此長(zhǎng)的電線自身有一定的電阻，相當(dāng)于一個(gè)用電電器，與電磁閥串聯(lián)，在電磁閥未工作時(shí)，測(cè)試的電壓于輸出電壓一致為24V；在電磁閥工作時(shí)，線路消耗的電壓與電磁閥電壓之和為24V，導(dǎo)致實(shí)際電磁閥的驅(qū)動(dòng)電壓僅17V，電壓的不足導(dǎo)致電磁閥的驅(qū)動(dòng)力不足，無(wú)法足額的開(kāi)關(guān)。

為使得電磁閥驅(qū)動(dòng)電壓恒定在24V，現(xiàn)場(chǎng)采取電源前移至水套爐處，安裝接線后一次性調(diào)試、投運(yùn)成功。

6 結(jié)論

①高含硫氣田氣井生產(chǎn)中，水套爐作為重要設(shè)備，具有加熱天然氣，防止水合物的生成及單質(zhì)硫的析出作用。②水套爐自動(dòng)化程度高，設(shè)定溫度后能自動(dòng)進(jìn)行火焰調(diào)節(jié)，能保持水溫恒定。③水套爐參與站場(chǎng)自控聯(lián)鎖，提高高含硫氣田開(kāi)發(fā)的安全性。④水套爐設(shè)計(jì)需考慮電磁閥足額電壓?jiǎn)栴}，盡可能將24V電源前移至水套爐現(xiàn)場(chǎng)，保證較高的驅(qū)動(dòng)電壓，電磁閥開(kāi)關(guān)到位，從而實(shí)現(xiàn)恒溫自動(dòng)化。

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田德銀(1974- )，男，本科，中級(jí)工程師，研究方向：油氣開(kāi)發(fā)。