尹凱占(中國石油大港油田集團(tuán)天津儲(chǔ)氣庫分公司，天津 300270)

0 引言

乙二醇再生系統(tǒng)在化工裝置中廣泛運(yùn)用，工藝成熟。理想的乙二醇系統(tǒng)運(yùn)行是在保證露點(diǎn)裝置有效防凍的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)物料的進(jìn)出平衡。但在儲(chǔ)氣庫采氣生產(chǎn)中，因不能提供一種平穩(wěn)的工況，給乙二醇系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行帶來較多的困難。

文章以板876儲(chǔ)氣庫露點(diǎn)裝置乙二醇再生系統(tǒng)為例來進(jìn)行說明。在甲醇與貧乙二醇混注甘醇霧化器，低溫分離器內(nèi)混有大量甲醇，甲醇的存在，不緊拉低了乙二醇富液比重也影響醇烴分離，同時(shí)低沸點(diǎn)的甲醇進(jìn)入再生釜，易形成泛液現(xiàn)象造成乙二醇攜帶損失，該問題極大制約了儲(chǔ)氣庫的優(yōu)化運(yùn)行。乙二醇再生系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的研究和應(yīng)用，不僅可節(jié)省甲醇、乙二醇等物料消耗，同時(shí)對我國其它儲(chǔ)氣庫的生產(chǎn)運(yùn)行管理具有一定的借鑒作用。

1 工藝流程簡介

板876儲(chǔ)氣庫建設(shè)投產(chǎn)于2002年3月10日，采用J—T閥節(jié)流膨脹制冷工藝進(jìn)行天然氣脫水處理。通過節(jié)流降壓控制適當(dāng)?shù)臏囟?，從而獲得水烴露點(diǎn)均滿足外輸要求的天然氣。但是在經(jīng)過J—T閥節(jié)流制冷后，天然氣的溫度急劇下降(可達(dá)-18 ℃)，為了防止含有飽和水的天然氣隨溫度的降低而形成水合物，在天然氣預(yù)冷前須注入水合物抑制劑，儲(chǔ)氣庫選用乙二醇作為抑制劑循環(huán)利用。

圖1為板876儲(chǔ)氣庫露點(diǎn)裝置乙二醇再生系統(tǒng)流程示意圖。從三相低溫分離器(V-G1003)水相收集得富乙二醇壓力為5.2 MPa，經(jīng)過導(dǎo)熱油加熱溫度為5 ℃。由調(diào)節(jié)閥(LV-G1166)來實(shí)現(xiàn)液位控制，流經(jīng)籃式過濾器(F-1)后去再生塔(T-G2001)上部的回流冷卻器(H)做冷源，換熱至28 ℃后進(jìn)入再生塔下部的貧富液換熱罐(V-G2001)加熱至70 ℃，目的是汽化乳化輕烴，同時(shí)易于水分蒸發(fā)。

從V-G2001出來的72 ℃的乙二醇直接到閃蒸器(V-G2002)中閃蒸，閃蒸壓力為0.2 MPa。這時(shí)，流體溫度高于該壓力下的沸點(diǎn)，流體在閃蒸分離器中迅速沸騰汽化，從而達(dá)到物料蒸發(fā)的目的。除去烴后的富乙二醇在液位調(diào)節(jié)閥(LV-G2012)的控制下，使液位保持在200 mm處，余下的富乙二醇直接進(jìn)入再生塔(T-G2001)進(jìn)行再生。

乙二醇再生塔(T-G2001)為填料式精餾塔，乙二醇再生塔從中部進(jìn)料，由一個(gè)方環(huán)型槽式分配器使富乙二醇均勻進(jìn)料，下降時(shí)與上升的氣體逆向接觸，使氣相中的部分貧乙二醇被洗下，富乙二醇中的水分相應(yīng)被提出。富乙二醇落入再生釜(H-G2001)后，由熱媒爐加熱器加熱到115 ℃，使富乙二醇中大部分水汽化，并攜帶部分貧乙二醇上升，在提餾段填料中與進(jìn)料逆向接觸而被吸收。蒸汽繼續(xù)上升，在精餾段填料中與冷卻回流接觸，溫度逐漸下降，升至冷卻器(H)時(shí)部分氣體被冷卻，整個(gè)溫度達(dá)到92 ℃，冷卻后的液體作為回流(大部分為貧乙二醇)沉降，重新與上升的蒸汽接觸吸收其攜帶的貧乙二醇，與進(jìn)料一起返回到再生釜(H-G2001)，頂部水蒸汽則排入閉式排放罐。

H-G2001中的貧乙二醇經(jīng)過溢流板連通管流到下部貧富液換熱罐(V-G2001) 中，此時(shí)貧乙二醇濃度為 65%以上，流經(jīng)貧液冷卻器(E-G2001)由96 ℃降至38 ℃，經(jīng)P-G2001A/B抽出升壓至6.2 MPa，從甘醇霧化器(W-G1001)注入天然氣中，注入的貧乙二醇在霧化吸水后與天然氣一起到低溫分離器(V-G1003)，沉降到底部后與烴在分離。為防止低溫下醇烴不能有效分層，設(shè)立了加熱調(diào)節(jié)閥(TV-06223)，經(jīng)加熱分層后重新做為富乙二醇去再生。這樣，就形成了循環(huán)使用過程。

圖1 板876儲(chǔ)氣庫露點(diǎn)裝置乙二醇再生系統(tǒng)流程示意圖

2 乙二醇再生系統(tǒng)研究與應(yīng)用

2.1 控制思路

為保證乙二醇系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，結(jié)合以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，整個(gè)運(yùn)行期間我們堅(jiān)持以保證貧乙二醇濃度為基礎(chǔ)，根據(jù)氣量凝析水量配產(chǎn)泵量，整個(gè)采氣期我們根據(jù)貧、富乙二醇濃度變化調(diào)整再生溫度以保證防凍效果為目的，通過調(diào)整實(shí)現(xiàn)進(jìn)出料平衡。

2.2 采氣前準(zhǔn)備

2020年采氣前，站內(nèi)組織學(xué)習(xí)統(tǒng)一認(rèn)識，制定每日貧、富乙二醇濃度檢測制度，同時(shí)根據(jù)乙二醇溶液冰點(diǎn)圖(如圖2所示)，選定貧乙二醇體積濃度65%為控制基礎(chǔ)，使乙二醇始終保持在非結(jié)晶區(qū)。

圖2 乙二醇溶液冰點(diǎn)圖

如圖2所示繪制了更為精確詳細(xì)的乙二醇濃度與冰點(diǎn)關(guān)系曲線圖(如圖3所示)，為濃度檢測分析工作奠定了良好的基礎(chǔ)。

圖3 乙二醇濃度與冰點(diǎn)關(guān)系曲線圖

2.3 改變注醇方式

2019年之前采氣我站采取甲醇、乙二醇混注方式運(yùn)行，低溫分離器內(nèi)混有大量甲醇。甲醇的存在，一方面拉低了富乙二醇比重影響醇烴分離，另一方面低沸點(diǎn)的甲醇進(jìn)入再生釜，易形成泛液現(xiàn)象造成乙二醇攜帶損失。所以2020年我們改為單注貧乙二醇，同時(shí)為防止再生釜蒸發(fā)量過大造成攜帶，參照乙二醇濃度沸點(diǎn)對應(yīng)表(如表1所示)，選定了相對較低的115 ℃為再生初始溫度[1]。

2.4 再生釜溫度控制原則

再生釜溫度是決定水汽的蒸發(fā)量和控制系統(tǒng)物料進(jìn)出平衡的主要參數(shù)。在系統(tǒng)整個(gè)運(yùn)行控制中為保證下游防凍效果，我們堅(jiān)持以65%的貧乙二醇濃度為控制基礎(chǔ)，根據(jù)每日貧、富乙二醇濃度變化情況及時(shí)對再生釜溫度進(jìn)行調(diào)整，通過再生釜溫度的調(diào)整使貧、富乙二醇濃度保持穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)出料平衡。運(yùn)行期間，再生釜溫度根據(jù)工況控制在115～125 ℃之間，貧乙二醇濃度始終保持在65%以上，富乙二醇濃度穩(wěn)定在45%～60%之間。

表1 乙二醇濃度沸點(diǎn)對應(yīng)表(數(shù)據(jù)來源ASHRAE手冊(2005)版)

2.5 乙二醇泵量及時(shí)合理調(diào)整

根據(jù)采氣量及凝析水量配產(chǎn)泵量，貧乙二醇的注入量取決于制冷系統(tǒng)內(nèi)凝析水量，而凝析水量由氣量、進(jìn)出站壓差及溫降決定。采氣初期制冷系統(tǒng)凝析水量變化不明顯，傳統(tǒng)的氣醇配比每百萬方天然氣注入80升貧乙二醇可滿足防凍要求。但運(yùn)行期間，由于進(jìn)站溫度不斷上升、進(jìn)站壓力不斷下降，在同等出站壓力和露點(diǎn)溫度下，致使凝析水量大幅增加，傳統(tǒng)的配比方式已不能滿足防凍要求。當(dāng)進(jìn)站溫度升至20 ℃以上、進(jìn)站壓力由6.2 MPa下降至5.8 MPa時(shí)，管殼換熱器壓差出現(xiàn)緩慢上漲趨勢，乙二醇防凍效果開始減弱，150萬方氣量下我們逐步將泵量由37.5%提升至55%以保證防凍效果，即每百萬方天然氣注入量由80升提至117.3升[2]。

2.6 液位控制合理設(shè)定

乙二醇再生系統(tǒng)液位控制主要包括低溫分離器、閃蒸分離器及再生釜三部分，合理的液位設(shè)定不僅有利于系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)可在一定程度上降低乙二醇的附加損失。

2.6.1 低溫分離器液位設(shè)定

低溫分離器水相一次堰板為1 000 mm、二次堰板760 mm、油相堰板800 mm，通過換算可得當(dāng)水相遠(yuǎn)傳液位高于60%時(shí)會(huì)出現(xiàn)水翻油現(xiàn)象，同時(shí)結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況，當(dāng)氣量提產(chǎn)或J-T閥切換操作時(shí)，分離器液位波動(dòng)最高可上漲10%左右，為避免分離器出現(xiàn)富乙二醇附加損失，我們將低溫分離器液位控制在45%以下。

2.6.2 閃蒸分離器液位設(shè)定

閃蒸分離器原理就是讓高壓高溫流體經(jīng)過減壓，使其沸點(diǎn)降低，再進(jìn)入閃蒸分離器，這時(shí)，流體溫度高于該壓力下的沸點(diǎn)。流體在閃蒸分離器中迅速沸騰氣化，從而達(dá)到物料蒸發(fā)的目的。運(yùn)行期間，分離器留出充足空間有效分離低沸點(diǎn)烴化物，因此將閃蒸分離器液位控制在30%～40%之間[3]。

2.6.3 再生釜液位設(shè)定

再生釜溢流板為550 mm、液位計(jì)總長600 mm，液位計(jì)底部距離罐底100 mm，通過換算可得當(dāng)液位高于75%時(shí)，溢流板兩側(cè)連通。出現(xiàn)連通情況時(shí)，會(huì)造成部分未充分蒸餾提純的富乙二醇直接進(jìn)入貧富液換熱罐通過注醇泵直接進(jìn)入下游管道，無法保證其防凍效果。同時(shí)考慮補(bǔ)充乙二醇時(shí)再生釜需持續(xù)進(jìn)料，為保證貧富液換熱罐內(nèi)留有足夠空間，我們將液位控制在40%～45%之間。

2.7 乙二醇再生系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行

乙二醇再生系統(tǒng)于2020年12月5日投用，2021年2月7日停運(yùn)，累計(jì)運(yùn)行64天。運(yùn)行期間，采用貧乙二醇單注甘醇霧化器，替代以往貧乙二醇與甲醇混注運(yùn)行方式。根據(jù)板876儲(chǔ)氣庫氣藏井流物較少，進(jìn)站溫度較低的特點(diǎn)，將再生釜溫度控制在115～125 ℃之間，貧乙二醇始終保持在65%以上，富乙二醇濃度穩(wěn)定在45%～60%之間(如圖4所示)，通過合理的貧乙二醇與天然氣量的配比，保證了良好的防凍效果。采氣期間，未出現(xiàn)一次凍堵情況，順利實(shí)現(xiàn)了歷年首次全程獨(dú)立運(yùn)行[4]。

圖4 乙二醇再生系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)

2.8 醇類消耗統(tǒng)計(jì)

2020年較2019年采氣期，甲醇減少消耗25.9噸，乙二醇減少消耗1.61噸，合計(jì)減少醇類消耗27.51噸(如表2所示)。

表2 醇類消耗統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié)語

乙二醇再生系統(tǒng)是保障露點(diǎn)裝置正常運(yùn)行的決定性因素，通過對乙二醇再生系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了乙二醇系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行，并且保障了露點(diǎn)裝置的安全平穩(wěn)生產(chǎn)。 同時(shí)，有效降低了甲醇與乙二醇的消耗量，為今后的采氣生產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。