集氣站脫水撬三甘醇損失原因分析及實(shí)施對(duì)策

賈浩民，喬玉龍，孫維虎，高 遠(yuǎn)，胡科先，李 龍，田婉玲，魏 萍，劉學(xué)蕊

（1.西安石油大學(xué)，陜西西安 710065；2.中國石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川 750006；3.中國石油長(zhǎng)慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測(cè)中心，陜西西安710021；4.中國石油長(zhǎng)慶油田分公司第四采氣廠，內(nèi)蒙古烏審旗017300）

集氣站脫水撬三甘醇損失原因分析及實(shí)施對(duì)策

賈浩民1，喬玉龍2，孫維虎2，高 遠(yuǎn)2，胡科先3，李 龍3，田婉玲2，魏 萍4，劉學(xué)蕊2

（1.西安石油大學(xué)，陜西西安 710065；2.中國石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川 750006；3.中國石油長(zhǎng)慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測(cè)中心，陜西西安710021；4.中國石油長(zhǎng)慶油田分公司第四采氣廠，內(nèi)蒙古烏審旗017300）

天然氣生產(chǎn)中，從氣井采出的天然氣先進(jìn)入集氣站進(jìn)行初步的氣、液、機(jī)雜分離和水分脫除，然后通過管線輸至天然氣凈化廠進(jìn)行進(jìn)一步凈化處理。此過程中，集氣站脫水撬成為了天然氣初步脫水處理的關(guān)鍵設(shè)備。近年來，靖邊氣田B1站脫水撬在運(yùn)行中出現(xiàn)三甘醇損失嚴(yán)重的情況，本文通過采取紅外探測(cè)、高壓水清洗等措施找到了三甘醇損失嚴(yán)重的原因，并開展了針對(duì)性的化學(xué)清洗作業(yè)，取得了較好的應(yīng)用效果。

脫水撬；三甘醇；損失；對(duì)策；化學(xué)清洗

目前，采氣一廠B1站在用脫水撬于1997年服役，2002年調(diào)整至B11集氣站服役，2009年調(diào)整至B1站運(yùn)行至今。自該脫水撬在B1站服役以來存在三甘醇損耗量大的問題，2009年7月-2010年5月?lián)p失三甘醇溶液8160 L。

1 原因分析及判斷措施

1.1 原因分析

1.1.1 塔頂捕霧絲網(wǎng)破損嚴(yán)重 考慮通過外輸管線壓力表拷克處可排出少量三甘醇及脫水撬運(yùn)行年限較長(zhǎng)（13年）等因素，判斷脫水撬塔頂捕霧絲網(wǎng)腐蝕破損可能性較大。

1.1.2 富液循環(huán)線路堵塞嚴(yán)重 補(bǔ)加三甘醇進(jìn)入塔內(nèi)后，緩沖罐液位較低且富液出口未見富液回流，判斷富液循環(huán)線路存在較為嚴(yán)重堵塞現(xiàn)象。

1.1.3 吸收塔塔盤堵塞嚴(yán)重 吸收塔只有塔頂和塔底2個(gè)清洗口，在檢修時(shí)無法對(duì)每層塔盤進(jìn)行清洗，經(jīng)過10余年的運(yùn)行，產(chǎn)生的污垢可能堵塞了塔盤，使得天然氣與三甘醇貧液沿同一通道流通導(dǎo)致天然氣攜液量增大。

1.2 判斷措施

采取了紅外線測(cè)溫、高壓水清洗、進(jìn)氣試運(yùn)行及取出物化學(xué)分析等措施。

1.2.1 紅外線測(cè)溫 脫水撬停運(yùn)后，利用紅外線測(cè)溫儀對(duì)吸收塔、富液精餾柱進(jìn)行了探測(cè)以判斷堵塞情況。

結(jié)果表明，吸收塔頂熱成像有異常，判斷可能存在堵塞情況。但由于探測(cè)時(shí)天氣炎熱，有可能存在脫水撬塔頂本體溫度較高而造成誤判的情況。

1.2.2 高壓水沖洗 對(duì)吸收塔、已拆卸的富液精餾柱、緩沖罐及貧富液循環(huán)管線進(jìn)行水沖洗。發(fā)現(xiàn)排出的水質(zhì)較臟且存在較多污垢。

水洗作業(yè)結(jié)束后進(jìn)行了2天的水聯(lián)運(yùn)，完成后排出的水水質(zhì)較清。

1.2.3 進(jìn)氣分階段試運(yùn) 脫水橇進(jìn)三甘醇進(jìn)行空載，未見溶液損失；處理氣量35×104m3/d運(yùn)行2 h緩沖罐液位由80%降至25%；降低處理量至1×104m3/d氣量運(yùn)行1 h后三甘醇循環(huán)泵出現(xiàn)空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，三甘醇損耗量依然較大。

1.2.4 取出物化學(xué)成份分析 對(duì)水沖洗的污水及垢樣進(jìn)行取樣化學(xué)分析，分析結(jié)果（見表1）。

表1 脫水橇吸收塔取出物化驗(yàn)分析結(jié)果

取出物中主要由鐵的腐蝕產(chǎn)物（以FeS為主，F(xiàn)e2+含量：51.97%）、有機(jī)物（19.5%）及酸不溶物（沙粒等）組成，說明污物主要為鐵的腐蝕產(chǎn)物。

1.3 小結(jié)

脫水撬三甘醇損失嚴(yán)重的根本原因是吸收塔盤被鐵的腐蝕產(chǎn)物及污垢（鹽）嚴(yán)重堵塞。

2 解決對(duì)策及實(shí)施效果分析

調(diào)研結(jié)果表明，化學(xué)清洗法具有清洗效率高、操作時(shí)間短、使用方便以及可以在不停車條件下進(jìn)行清洗等特點(diǎn)，在國內(nèi)外的石油化工、冶金、電力等工業(yè)部門應(yīng)用廣泛。通過對(duì)比，從經(jīng)濟(jì)實(shí)用、操作簡(jiǎn)單方便、腐蝕性弱、清洗效果好等方面考慮，采用氨基磺酸作為脫水撬化學(xué)清洗用酸。

2.1 氨基磺酸清洗液的腐蝕速率測(cè)定

脫水撬酸洗前對(duì)氨基磺酸清洗液進(jìn)行了室內(nèi)掛片腐蝕速率測(cè)試實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，清洗液腐蝕速率為0.1126～0.3872 mm/a，平均腐蝕速率0.129～0.3426 mm/a，腐蝕較輕微。

表2 化學(xué)清洗作業(yè)用酸性能特點(diǎn)

表3 氨基磺酸清洗液室內(nèi)腐蝕速率測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

2.2 清洗方案及操作步驟

化學(xué)清洗主要按照“先堿洗除油、后酸洗除垢”進(jìn)行。具體實(shí)施步驟為：水沖洗（檢漏）→吸收塔堿液沖洗（除油）→堿液中和（排放）→水沖洗（除渣）→吸收塔酸洗（除垢）→酸液中和（排放）→水沖洗。

2.3 吸收塔堿洗

清水沖洗后，用NaOH堿液對(duì)脫水撬實(shí)施循環(huán)堿洗除油作業(yè)，在作業(yè)中采取“邊循環(huán)、邊撇油”措施，當(dāng)槽內(nèi)液體表面幾乎無絮凝油狀物體時(shí)堿洗結(jié)束。

堿洗液與清水沖洗水相比較，堿液顏色烏黑且表面有油狀物體產(chǎn)生，結(jié)合堿洗前后塔內(nèi)有毒、有害氣體含量檢測(cè)結(jié)果說明循環(huán)堿洗作業(yè)起到了一定的效果。

2.4 吸收塔酸洗

2.4.1 吸收塔酸洗 酸洗過程按照“循環(huán)酸洗→短暫浸泡→循環(huán)酸洗→加酸循環(huán)→浸泡酸洗→循環(huán)酸洗”進(jìn)行，酸洗過程主要運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

結(jié)果表明：（1）加入酸洗液進(jìn)行循環(huán)后，檢測(cè)出取樣槽中檢測(cè)出取樣槽內(nèi)H2S、CO含量上升明顯，酸液濃度下降、Fe2+含量上升，說明氨基磺酸與塔內(nèi)鐵的腐蝕產(chǎn)物（FeS）反應(yīng)明顯，清洗效果顯著；（2）檢測(cè)酸液的濃度、Fe2+、Fe3+含量變化不明顯時(shí)，說明反應(yīng)完成,酸洗作業(yè)結(jié)束。

表4 堿洗作業(yè)過程相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表5 堿洗后清水沖洗過程中塔內(nèi)有毒、有害氣體測(cè)試結(jié)果

表6 酸洗作業(yè)前、中、后吸收塔塔體壁厚檢測(cè)結(jié)果

2.5 吸收塔水清洗

為確保塔內(nèi)殘余的酸液對(duì)塔體及內(nèi)部構(gòu)件產(chǎn)生腐蝕作用，利用“富液出口進(jìn)水、塔頂天然氣出口管線出水”的方法對(duì)塔內(nèi)進(jìn)行清洗。

2.6 吸收塔酸洗過程腐蝕性分析

酸洗作業(yè)前、作業(yè)中及酸洗后吸收塔壁厚檢測(cè)結(jié)果表明，塔體及塔內(nèi)附件未產(chǎn)生嚴(yán)重的酸液腐蝕現(xiàn)象。

2.7 吸收塔酸洗效果分析

主要從酸洗前后塔頂捕物絲網(wǎng)堵塞情況、酸洗及中和過程中酸液外觀情況、酸液消耗量計(jì)算、除垢（鹽）量計(jì)算及酸洗后脫水撬運(yùn)行情況等幾個(gè)方面進(jìn)行效果分析。

2.7.1 酸洗前后塔頂捕物絲網(wǎng)堵塞情況 酸洗作業(yè)前、后吸收塔塔頂捕物絲網(wǎng)堵塞情況。

酸洗前捕物絲網(wǎng)呈黃褐色、堵塞較為嚴(yán)重；酸洗后，捕物絲網(wǎng)顏色呈黑色，且部分絲網(wǎng)內(nèi)堵塞物已清出，空隙清洗可見。表明酸洗效果較好。

2.7.2 酸洗及中和過程中酸液液體外觀 酸洗過程中排出的酸液呈烏黑色，中和后槽內(nèi)液體呈現(xiàn)烏黑黏糊狀，表明溶于酸的垢或鹽類物質(zhì)在中和后析出所致。結(jié)合酸洗前塔內(nèi)所排出清洗水的清澈、干凈程度及酸洗過程中H2S、CO等有毒有害氣體濃度檢測(cè)情況，酸洗效果較好。

2.7.3 酸液消耗量

（1）陽離子推算法，初次酸液浸泡后進(jìn)行5 h循環(huán)后取樣分析，分析結(jié)果（見表7）。

酸液和垢鹽的反應(yīng)量通過陽離子的含量來計(jì)算，陽離子（Ca2+、Mg2+、Na+、Fe2+）為 0.219 mol/L，加入塔內(nèi)的2.77 m3溶液量，計(jì)算消耗氨基磺酸量為58.90 kg。

（2）酸液濃度推算法，浸泡15 h后再次進(jìn)行5 h循環(huán)，氨基磺酸用量為148.94 kg，根據(jù)氨基磺酸加入總量202 kg，計(jì)算氨基磺酸消耗量為52.06 kg。

在酸洗中，氨基磺酸消耗量52.06～58.90 kg，因此酸洗作業(yè)具有一定的效果。

2.7.4 除垢（鹽）量

（1）反應(yīng)機(jī)理，氨基磺酸溶解垢（鹽）物，生成可溶于水的氨基磺酸鹽，達(dá)到去除除垢（鹽）的目的。

表7 酸洗長(zhǎng)時(shí)間浸泡后再循環(huán)階段酸樣離子化驗(yàn)結(jié)果

表8 脫水撬清出物分析

（2）垢鹽類型以及形成機(jī)理，根據(jù)清出物化驗(yàn)結(jié)果分析塔內(nèi)清出物的類型（見表9）。

脫水撬垢物中含有 Ca2+、Mg2+、Na+、Fe2+、Fe3+、Cl-、S2-而未發(fā)現(xiàn) CO32-和 SO42-，說明垢鹽由 CaCl2、MgCl2、NaCl、FeS及Fe2O3等幾種物質(zhì)組成。

根據(jù)以上分析，吸收塔塔盤堵塞主要原因是天然氣攜帶含CaCl2、MgCl2及NaCl等鹽份的地層水進(jìn)入脫水塔后，與天然氣攜帶進(jìn)塔內(nèi)的有機(jī)物、油份及鐵的腐蝕產(chǎn)物螯合在一起并沉積在塔盤和升氣帽齒縫等三甘醇流動(dòng)不順暢的地方，長(zhǎng)時(shí)間后形成堵塞物堵塞塔盤。

（3）吸收塔中垢（鹽）含量計(jì)算，根據(jù)以上垢（鹽）類型的推斷及分析結(jié)果，結(jié)合酸液長(zhǎng)時(shí)間浸泡后再循環(huán)過程中酸液中陰陽離子含量可以推算出吸收塔內(nèi)所清除的垢（鹽）含量。

根據(jù)以上的分析可以得出，脫水撬內(nèi)沉積的垢（鹽）量共計(jì)19.96 kg。

考慮到酸洗前所進(jìn)行水洗時(shí)洗出的沙粒等酸不容物可以推斷，此次化學(xué)清洗作業(yè)清除的垢（鹽）總量至少為19.96 kg。

2.7.5 酸洗后脫水撬運(yùn)行 脫水撬化學(xué)清洗作業(yè)結(jié)束后，加注三甘醇1200 L后進(jìn)氣試運(yùn)行，酸洗前后三甘醇補(bǔ)加對(duì)比情況如下表所示。

結(jié)果表明：在相同處理量下，脫水撬三甘醇補(bǔ)加量由酸洗前的18.58升/天下降至酸洗后的5.19升/天，三甘醇損耗率由酸洗前的0.69下降至0.26，脫水撬化學(xué)清洗效果明顯。

表9 閃蒸塔底部清出物

表10 吸收塔酸液浸泡后再循環(huán)過程中酸樣化驗(yàn)分析結(jié)果

表11 酸洗前后B1站脫水撬三甘醇補(bǔ)加情況對(duì)比

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）高壓水清洗、脫水撬進(jìn)氣試運(yùn)行及取出物化驗(yàn)分析結(jié)果表明，脫水撬塔盤嚴(yán)重堵塞是脫水撬三甘醇嚴(yán)重?fù)p失的根本原因。

（2）利用化學(xué)清洗方法對(duì)脫水橇進(jìn)行清洗，清洗后的脫水撬三甘醇未出現(xiàn)損失，說明化學(xué)清洗作業(yè)效果明顯。

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X703

A

1673-5285（2012）07-0092-04

2012－03-14

賈浩民，男，畢業(yè)于東北石油大學(xué)，現(xiàn)任長(zhǎng)慶油田第一采氣廠采氣工藝研究所所長(zhǎng)，高級(jí)工程師，主要從事天然氣開采工藝技術(shù)研究工作，郵箱:jhm_cq@petrochina.com.cn。