超音速氣液分離器天然氣脫水工藝改進(jìn)淺析

梁斌智

（西安石油大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安 710065）

1 緒論

天然氣作為重要的化石能源，以其熱值高，清潔無(wú)污染的特點(diǎn)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中扮演著越來(lái)越重要的角色。國(guó)家《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》顯示：2015年中國(guó)天然氣產(chǎn)量將達(dá)1 565 億立方米，占一次能源消費(fèi)總量的7.5%[1]。加快天然氣裝備開(kāi)發(fā)研究具有重要意義。

從氣田采出的天然氣常伴生飽和水，含飽和水的天然氣進(jìn)入管線和處理設(shè)備后會(huì)增加管線輸送的動(dòng)力消耗，降低輸氣量；天然氣中的CO2和H2S 溶于游離水中會(huì)形成酸，腐蝕管路和設(shè)備；水與天然氣形成的水合物結(jié)晶局部積累降低輸氣量，影響平穩(wěn)供氣。需要利用有效方法將天然氣中的水分分離出來(lái)，該過(guò)程就是天然氣的分離或氣體干燥過(guò)程[2]。

2 超音速氣液分離器基本工作原理

超音速氣液分離技術(shù)是一種高效、節(jié)能、環(huán)保、低成本的新型氣液分離技術(shù)，該技術(shù)的核心設(shè)備是超音速分離器。超音速氣液分離器利用拉瓦爾噴管，使氣流在流過(guò)變截面流道時(shí)將氣流壓力能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，加速到超音速，同時(shí)發(fā)生熱交換作用，使氣體的溫度迅速下降，通過(guò)機(jī)械旋流作用，從而達(dá)到氣液低溫分離目的。

圖1 超音速分離器簡(jiǎn)圖

3 超音速分離器的工藝流程

超音速分離器的工作條件是高速低溫氣流，首先對(duì)分離產(chǎn)物進(jìn)行相應(yīng)的粗處理，以達(dá)到分離器的預(yù)訂工作條件，即需要一定的工藝輔助分離器的工作。圖2 是一種天然氣超音速分離器的工藝簡(jiǎn)圖。

圖2 超音速氣液分離工藝簡(jiǎn)圖

從氣田井口采出的氣體先進(jìn)入分離器1，進(jìn)行粗分離，除去夾雜的固體顆粒等較易分離的物質(zhì)，然后進(jìn)入超音速分離器，在超音速分離器中經(jīng)加速、膨脹、節(jié)流、旋流、擴(kuò)壓等過(guò)程，露點(diǎn)較低的飽和水和液烴被分離出來(lái)，經(jīng)過(guò)分離器2 進(jìn)行再分離之后進(jìn)入其他的工藝，脫水干燥的干氣進(jìn)入主管道進(jìn)行后續(xù)處理。

4 工藝改進(jìn)建議

從超音速分離器的基本原理可知，超音速分離器依靠氣流壓力能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能進(jìn)行節(jié)流膨脹降溫，氣流壓力的大小對(duì)超音速分離器分離效果影響明顯。實(shí)際生產(chǎn)中，由于井上來(lái)流與下游工藝參數(shù)并不是一成不變的，而這對(duì)超音速分離器的效率具有很大影響。因此必須在超音速分離裝置前端設(shè)置自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，以穩(wěn)定來(lái)流壓力，確保分離器能夠高效工作。國(guó)內(nèi)引進(jìn)的首臺(tái)超音速分離裝置于2011年6月在塔里木油田牙哈作業(yè)區(qū)凝析氣廠成功投產(chǎn)，日處理量達(dá)到360×104m3。該裝置運(yùn)轉(zhuǎn)良好，滿足設(shè)計(jì)要求。但是在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)由于氣流壓力波動(dòng)導(dǎo)致分離效率不夠穩(wěn)定，改進(jìn)方法是將超音速分離裝置與J-T 閥并聯(lián)，通過(guò)J-T 閥的自動(dòng)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制來(lái)流壓力[3]。

由于超音速分離器本身無(wú)自動(dòng)部件，為穩(wěn)定來(lái)流壓力，需加裝可便于自動(dòng)控制的閥門來(lái)實(shí)現(xiàn)。常用的自動(dòng)控制執(zhí)行器閥門理論上均可承擔(dān)此任務(wù)。所選用的電磁閥應(yīng)盡量滿足耐腐蝕耐高壓等要求。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中設(shè)定超音速設(shè)計(jì)工況壓力為穩(wěn)定值，最大壓力波動(dòng)為上下限設(shè)定電磁閥工作區(qū)間，即可初步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)壓的作用。圖3 所示為改進(jìn)后的工藝。

圖3 改進(jìn)后的超音速氣液分離工藝簡(jiǎn)圖

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)牙哈凝析氣田超音速分離裝置實(shí)際使用效果的分析，給出了較為簡(jiǎn)便易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)化方法。電磁閥的加裝及相關(guān)自動(dòng)控制程序的設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)技術(shù)理論成熟，可以非常容易地實(shí)現(xiàn)。

[1]國(guó)家發(fā)改委，能源發(fā)展十二五規(guī)劃[J].北京，2013.

[2]王遇冬.天然氣處理原理與工藝[M].北京：北京石化出版社，2007.

[3]王應(yīng)聰，超音速分離技術(shù)在塔里木油田現(xiàn)場(chǎng)探索及應(yīng)用[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012，15.