符中榜

摘 要：文章針對(duì)中高壓氣田開發(fā)中后期，因?yàn)樯a(chǎn)井壓力逐漸遞減，大部分氣井壓力將不能滿足節(jié)流膨脹制冷所需壓差，從而達(dá)不到低溫分離條件的普遍情況，對(duì)利用小壓差節(jié)流低溫脫水復(fù)溫外輸工藝進(jìn)行了初步應(yīng)用研究。

關(guān)鍵詞：脫水；天然氣；制冷；節(jié)流

1 天然氣脫水技術(shù)

從油氣井流出的天然氣，一般含有飽和量的水蒸氣，有的含有相當(dāng)數(shù)量的H2S和CO2等酸性氣體。氣體中存在過量的水汽不僅減少商品天然氣管道的輸送能力和氣體熱值，而且在油氣田集氣和氣體加工過程中由于氣體工藝條件的變化引起水蒸氣凝析，形成液態(tài)水冰或固態(tài)氣體水合物，從而增加集氣管路壓降，嚴(yán)重時(shí)將造成水合物堵塞管道，生產(chǎn)被迫中斷。當(dāng)氣體中含有酸性氣體時(shí)，液態(tài)水更會(huì)加速H2S和CO2對(duì)管道和設(shè)備的腐蝕。因而，油氣田生產(chǎn)的天然氣一般總需要脫水，以滿足氣體后續(xù)加工工藝、管輸和商品天然氣對(duì)水含量的要求。天然氣的脫水方法一般可分為重力沉降法、溶劑吸收法、固體吸附法、低溫冷凝法和膜分離法等。氣田天然氣凈化脫水一般采用低溫分離、固體吸附和溶劑吸收三種方法。

2 低溫脫水復(fù)溫外輸?shù)膽?yīng)用研究

2.1 小壓差低溫脫水復(fù)溫外輸工藝研究的意義

低產(chǎn)氣田集輸工程按照壓力遞減特點(diǎn)將開采期劃分為有效利用地層壓力進(jìn)行處理和輸送的高壓穩(wěn)產(chǎn)期、采用適當(dāng)工藝延緩?fù)饫浜驮鰤簳r(shí)機(jī)的中低壓過渡期以及外冷脫水、增壓外輸?shù)牡蛪洪_采期等三個(gè)階段。低產(chǎn)氣田開發(fā)的價(jià)值是通過建設(shè)、運(yùn)行、銷售等成本的綜合控制，最終達(dá)到預(yù)期的效益目標(biāo)。具體到地面集輸系統(tǒng)來說，除基本建設(shè)投入外，運(yùn)行成本的控制是不可忽視的效益增長(zhǎng)點(diǎn)。因此，在制定具體工藝方案時(shí)，必須全面考慮資源的綜合利用。

對(duì)于低產(chǎn)氣田來說，開發(fā)前期氣井壓力較高，采用高壓集氣和節(jié)流膨脹制冷脫水工藝充分利用了地層能量，達(dá)到了節(jié)能降耗目的。隨著氣井壓力逐年遞減，當(dāng)自然能量不能夠滿足節(jié)流膨脹后達(dá)到脫水所需的溫降時(shí)，可以采用兩種方法達(dá)到低溫脫水目的：第一，采用冷劑制冷方式對(duì)所需冷量加以補(bǔ)充，這需要以消耗電能作為代價(jià)；第二，采用降壓開采方式保證有足夠壓差實(shí)現(xiàn)節(jié)流膨脹制冷。無論采用以上哪種工藝，天然氣低溫脫水后，如不復(fù)溫后輸送，所攜帶的冷量將白白浪費(fèi)。因此，天然氣脫水后的冷量回收不但可以有效降低氣田高、低壓采氣過渡期系統(tǒng)能耗，而且通過適當(dāng)?shù)墓に囈?guī)劃，還可以起到延緩增壓時(shí)機(jī)的作用。

2.2 小壓差低溫脫水復(fù)溫外輸工藝原理

天然氣小壓差低溫脫水工藝復(fù)溫外輸就是通過一個(gè)小壓差節(jié)流使天然氣產(chǎn)生一個(gè)小溫降，以此溫降作為換熱器冷端溫差。選取足夠大的換熱器面積，使原料氣在此小冷端溫差下經(jīng)換熱產(chǎn)生足夠大的溫降，以滿足天然氣脫水的要求，從而實(shí)現(xiàn)脫水后低溫天然氣攜帶冷量的有效回收。

穩(wěn)產(chǎn)期后當(dāng)?shù)貙訅毫Σ荒芡耆珴M足節(jié)流脫水條件時(shí)，采用設(shè)計(jì)端面溫差2-3℃的高效換熱器回收外輸氣冷量，并通過原料氣富余的0.6-1.0MPa小壓差節(jié)流產(chǎn)生的小溫降，使原料氣滿足天然氣脫水的要求。

當(dāng)開發(fā)后期無地層壓力可利用時(shí)，僅僅利用換熱器將進(jìn)站天然氣與低溫分離后的天然氣進(jìn)行換冷和小壓差節(jié)流制冷已不能滿足脫水要求，但換熱器回收的冷量依然可以有效降低外冷機(jī)組蒸發(fā)器熱流入口溫度，減小外冷機(jī)組功耗，滿足天然氣脫水和節(jié)能降耗的要求。

采用HYSYS軟件對(duì)復(fù)溫外輸?shù)蜏孛撍に囘M(jìn)行了穩(wěn)態(tài)模擬，HYSYS推薦傳熱公式

假設(shè)在不增壓條件下集氣站最低外輸壓力4.2MPa，低溫脫水溫度-15℃（節(jié)流后），原料氣溫度18℃，模擬計(jì)算投產(chǎn)后正常運(yùn)行所需節(jié)流壓差與換熱面積見表2-1。

通過模擬得出了總換熱系數(shù)與換熱面積的乘積KF值，換熱面積可由換熱器生產(chǎn)廠家提供的總換熱系數(shù)后得出，從而為換熱器選型提供依據(jù)。

2.3 實(shí)施低溫脫水復(fù)溫外輸工藝的技術(shù)關(guān)鍵

實(shí)施復(fù)溫外輸?shù)蜏孛撍に嚤仨毥鉀Q兩個(gè)方面關(guān)鍵問題：

2.3.1 掌握工藝流程啟動(dòng)及運(yùn)行規(guī)律

工藝流程啟動(dòng)是一個(gè)流體冷量積聚達(dá)到換熱量平衡的過程，換熱面積一定的前提下，為滿足脫水要求，并保證流體安全工作在流程設(shè)計(jì)溫度范圍內(nèi)，需根據(jù)入口壓力變化情況分階段進(jìn)行調(diào)整。

2.3.2 合理進(jìn)行預(yù)冷換熱器選型及工藝設(shè)計(jì)

（1）抑制水合物生成。生產(chǎn)過程中，當(dāng)壓力不變時(shí)，溫度必須過冷到理論平衡溫度以下若干攝氏度，并經(jīng)一定誘導(dǎo)時(shí)間才能形成水合物晶核。低溫脫水工藝條件下，生成水合物的臨界溫度是15℃左右，原料氣經(jīng)預(yù)冷換熱器與外輸干氣換熱后，溫度一般控制在-10～-12℃。有關(guān)工業(yè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告也表明，過冷度不超過7.49℃時(shí)，一般不形成水合物；而過冷度超過11.1℃時(shí)，在25min以內(nèi)（甚至瞬間）就會(huì)形成水合物。因此，必須在預(yù)冷前向原料氣中加注水合物抑制劑。同時(shí)，預(yù)冷換熱器原料氣流道和流速設(shè)計(jì)應(yīng)有利于排液。

（2）防止凝析油乳化。

（3）防止雜質(zhì)聚集。

（4）工藝流程保冷。

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