蘇里格氣田不凝氣節能減排的應用分析

2015-10-27 02:31:41許嘉楊程小路鄭偉李文鵬史衛濤

石油化工應用 2015年6期

許嘉楊，程小路，鄭偉，李文鵬，史衛濤

（中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，內蒙古烏審旗017300）

蘇里格氣田不凝氣節能減排的應用分析

許嘉楊，程小路，鄭偉，李文鵬，史衛濤

（中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，內蒙古烏審旗017300）

長慶油田蘇里格氣田屬于凝析氣田。在天然氣開采、運輸過程中，伴有大量的天然氣凝液，該凝液一般稱為凝析油。凝析油中的不穩定組分受熱后極易揮發，揮發出的不凝氣若直接排至大氣不僅造成環境污染，而且是能源的極大浪費。本文通過對蘇里格氣田將凝析油加熱處理后，其中不穩定組分揮發并作為燃料氣補充供熱系統的應用進行剖析，對其采用的工藝流程、工藝參數進行了介紹和評價，對應用效果、經濟效益進行詳細的計算分析，提出了不凝氣在日常應用中出現的問題和對應的解決措施，有助于提高不凝氣利用效率。

凝析油；不凝氣；節能；降耗

從天然氣凝液中加熱后提取的不穩定成分，以丁烷和更輕的烴類為主要成分的混合氣態石油產品，又稱為不凝氣。天然氣凝液中含有大量的凝析油，該液態石油物中的不穩定組分，易揮發、易燃易爆，給凝析油的儲存運輸帶來了一定的危險性。為避免凝析油在儲存、運輸中發生危險，處理廠在凝析油儲存、運輸前對其進行穩定處理，即將凝析油加熱80℃左右，使其中的未穩定部分（C1～C4）較完全地揮發，穩定后的凝析油產品其飽和蒸汽壓執行國家標準GB9053-1998《穩定輕烴》2號穩定輕烴的質量指標，進入凝析油產品罐儲存。而經加熱后揮發的不凝氣，其熱值較高，若直接排入大氣，不僅造成了環境的污染，同時也是資源的極大浪費。充分考慮以上因素后，蘇里格氣田設計將凝析油穩定塔頂部的不凝氣冷卻降溫、除去少量雜質后，進入供熱系統，補給燃料氣，減少燃料氣耗量，節約能源。蘇里格氣田某天然氣處理廠未穩定凝析油成分組成表（見表1），《穩定輕烴》GB9053-1998中輕烴標準（見表2）。

表1　脫油脫水裝置來凝液組成表

表1　脫油脫水裝置來凝液組成表（續表）

表2　《穩定輕烴》GB9053-1998中輕烴標準

1　不凝氣生產工藝流程

蘇里格氣田天然氣處理廠初步分離所得的未穩定凝析油，經凝析油穩定裝置加熱處理，除去其中的C1～C4的輕組分，得到C5～C8的穩定組分。其處理工藝為：凝析油經閃蒸油室排至凝析油緩沖罐（V-7111），經凝析油緩沖罐緩沖靜置后，進入凝析油穩定撬（V-6731）。凝析油在凝析油穩定撬體內，經約100℃的導熱油加熱至80℃，凝析油中的輕組分（C1～C4（不凝氣））、水受熱后揮發，由凝析油緩沖罐罐頂分離出的少量不凝氣通過壓力控制閥和穩定塔頂不凝氣氣混合后進入低壓燃氣分液罐，經低壓燃氣分液罐過濾分離，除去該氣體中所攜帶的固體顆粒雜質和游離液體后，與閃蒸分離器排出的閃蒸氣、燃料氣區來的天然氣混合，作為燃料氣進入導熱油爐，補充燃料氣。凝析油中的重組分（C5～C8）塔底穩定后的凝析油經兩級凝析油換熱器及凝析油后冷器冷卻至30℃～40℃后去穩定凝析油罐儲存（見圖1）。

圖1　不凝氣走向示意圖

2　不凝氣應用效果分析

2.1不凝氣產量統計分析

表3　蘇里格氣田各處理廠不凝氣產量情況表

從表3、表4可以看出，蘇里格氣田各處理廠凝析油穩定裝置運行壓力和溫度較設計值均偏低，主要原因是：各處理廠閃蒸分離器、低壓燃料氣系統運行壓力都比較低，且溫度過高不凝氣氣量大，易造成攜液嚴重現象。由《穩定輕烴》GB9053-1998中二號穩定輕烴標準要求：飽和蒸汽壓值小于74 kPa。若執行飽和蒸汽壓值小于74 kPa的控制指標，由表3、表4可知，當控制凝析油穩定裝置運行溫度在70℃左右、壓力在0.25 MPa時，處理后凝析油符合二號穩定輕烴標準，且不凝氣氣量較大。

蘇里格氣田某天然氣處理廠控制凝析油穩定撬運行壓力在0.25 MPa～0.3 MPa，運行溫度在70℃～90℃，歷經一年的運行考量，該天然氣處理廠不凝氣累積產量（見表5）。

表4　穩定凝析油飽和蒸氣壓統計表

表5　月累計不凝氣產量統計表

由圖2可知，不凝氣、閃蒸氣產量與天然氣處理量、凝析油產量變化趨勢基本一致。由表5可知，處理廠不凝氣年累計產量約24萬m3，若將不凝氣直接排入大氣，按每立方米1元計算，每年將提高成處理廠生產運行成本約24萬元。

圖2　不凝氣月累計產量變化趨勢圖

2.2經濟效益

若蘇里格某天然氣處理廠日均處理天然氣1 000× 104m3，則其供熱站日均消耗燃料氣約2 900 m3，按照一年365 d計算，年累計耗天然氣為x，每立方米天然氣按1元計算，費用消耗為M：即每年供熱站導熱油爐耗燃料氣約105.9萬m3，累計消耗資金約105.9萬元。

若凝析油穩定裝置運行溫度為70℃，天然氣日均處理量1 000萬m3，由表3可知，該裝置日產不凝氣約1 100 m3，按照一年365 d計算，年累計產不凝氣約x’：

若充分利用不凝氣，則年累計可節約天然氣Δx：

每立方米天然氣按1元計算，節約能耗費用為ΔM：

由此可知，合理、有效地使用不凝氣，不僅可以節約能源、減少生產運行成本，同時，不凝氣的有效利用，防止了不凝氣經火炬燃燒后直接排放至大氣，污染環境。

3　生產運行中出現的問題及解決措施建議

3.1不凝氣組分分析

蘇里格氣田某天然氣處理廠不凝氣全組份分析報告可知，單位體積不凝氣中，CH4（甲烷）含量53.485 1%，C2H6（乙烷）含量27.718 9%，C3H8（丙烷）含量9.609 2%，iC4H10（異丁烷）2.004 9%，nC4H10（正丁烷）2.423 8%，即單位體積不凝氣中，C1～C4含量約95%（見表6）。

臨界溫度，即使物質由氣態變為液態的最高叫臨界溫度。每種物質都有一個特定的溫度，在這個溫度以上，無論怎樣增大壓強，氣態物質都不會液化，這個溫度就是臨界溫度［1］。目前蘇里格氣田某天然氣處理廠凝析油穩定撬運行壓力為0.3 MPa，在該壓力條件下，產生的不凝氣冷凝溫度（見表7）。

表6　不凝氣組分中各物質臨界溫度

表7　蘇里格某天然氣處理廠不凝氣冷凝溫度

烷烴充分燃燒化學方程式：

烷烴不充分燃燒化學方程式：

由上述可知，當不凝氣壓力為0.3 MPa時，其C1～C4組分在溫度＜20℃時，不凝氣中各氣態組分易被冷卻，析出凝液。該凝液若與不凝氣、閃蒸氣以及燃料氣區來冷干天然氣混合燃燒，由于燃燒不充分，將會造成導熱油爐內積碳、結焦嚴重，導致爐體管道局部過熱，損害機械強度，燒穿爐管以至引起嚴重的安全事故。

由于不凝氣中C1～C4組分屬于不穩定組分，受熱后極易揮發。該不穩定組分若二次冷凝儲存或直接排入生產污水系統，不僅降低了不凝氣的利用率，同時當夏季氣溫升高時，C1～C4組分的揮發將為處理廠安全平穩運行帶來了較大的安全隱患。

表8　2014年不凝氣液化情況跟蹤表

在凝析油穩定裝置正常運行的情況下，控制凝析油穩定裝置運行溫度為60℃，取得不凝氣樣品并化驗其全組份，由化驗結果可知，所分離的不凝氣組分中，C1～C4含量約81.203 8%，其余重組分含量15.737 4%。由表8可知，從低壓燃氣分液罐出口至導熱油爐地埋管線中不凝氣中部分會凝析出液體，經測量進過濾分離器進口閃蒸氣不凝氣溫度為10℃左右，凝析油穩定塔塔頂溫度20℃左右，導熱油爐燃氣溫度冬季為5℃，夏季為20℃左右，初步分析原因為不凝氣出塔后析出液量與塔頂溫度有直接關系，因為塔頂不凝氣為飽和氣體，降溫后會析出凝液。若塔頂溫度較高，而環境溫度較低，比如冬季，則不凝氣作為燃料氣后，凝液較多。而塔頂溫度由主要由進塔溫度（無塔頂分凝器）及塔頂分凝器提供的冷卻負荷確定。溫度降低析出液體凝液積聚至一定容量后，凝液將隨燃料氣一同進入導熱油爐，為導熱油爐的安全運行，帶來了較大的安全隱患。