油氣礦場加工裝置節能技術應用

孫維軍　肖雙斌（大慶油田有限責任公司天然氣分公司）

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油氣礦場加工裝置節能技術應用

孫維軍肖雙斌（大慶油田有限責任公司天然氣分公司）

天然氣作為清潔優質能源在國家能源總用量占比正逐步提高，油氣礦場加工裝置是實現天然氣商品化的技術支撐。通過油氣礦場加工裝置的節能創效潛力分析，采用換熱器提高熱能利用，分離器回收輕烴，除塵裝置保證設備正常運行等創效措施，實現了油氣礦場加工裝置長周期、滿負荷、高效益運行，節能技術的應用提高了天然氣和輕烴的產量。

天然氣輕烴加工裝置節能技術

1　加工裝置的作用

通常情況下對石油及天然氣進行初加工的裝置設備稱為油氣礦場加工裝置。

油氣礦場加工裝置對原料氣進行預處理、增壓、脫水、回收輕烴等處理過程。主要實現以下兩方面作用：

1）達到管線輸氣的氣質要求。去除固體雜質，保證管道輸送暢通，避免設備堵塞、磨損和輸氣事故；去除水、輕烴，避免其增壓凝結減少輸氣管道流通面積、結冰堵塞管道和設備；去除H2S和CO2等酸性氣體，避免金屬管道和設備腐蝕，保證其使用壽命。

2）分離汽態和液態輕烴。輕烴是優質化工原料，輕烴回收具有較高經濟價值，將油田伴生氣通過處理分離為干氣和液體輕烴，不僅能提高外輸干氣質量，還能使烴類增值3～5倍，經濟效益提高2～3倍。

2　工藝原理

油氣礦場加工裝置的天然氣處理主導工藝是冷凝分離，獲得冷能有兩種途徑，利用冷劑將天然氣通過間接換熱冷至所需的溫度；利用氣體本身的壓能通過降壓膨脹而產生所需的低溫［1］。

冷劑制冷工藝原理是利用液體蒸發的吸熱效應而實現制冷，其中蒸汽壓縮式制冷循環是消耗機械功以獲得冷量，蒸汽吸收式制冷循環則是消耗熱能來獲得冷量，對于所加工的天然氣是系通過傳熱從循環的冷劑處獲得冷量。

膨脹制冷工藝所需的冷量由氣體直接經過串接在系統中的各類型膨脹制冷設備來提供，如節流閥、透平膨脹機及熱分離機等。

油氣礦場加工裝置通過冷凝、汽化等吸熱、放熱的過程分離出不同沸點的組分。

3　現場應用

針對油氣礦場加工裝置生產過程中存在的耗能問題，可采取以下幾項技術措施進行節能創效。

3.1應用換熱器提高熱能利用率

油氣礦場加工裝置中有很多換熱器的應用，例如微正壓閃蒸穩定可用穩定后的高溫原油對來油進行加熱升溫；油氣礦場加工裝置蒸氣伴熱凝結水管線中凝水與蒸汽兩相流溫度較高，此余熱可加熱循環水和上水；淺冷工藝中從級間分離器分離出來的氣體經增壓壓縮到高溫高壓狀態，在進入直流水冷器冷卻前可用來做熱源換熱。

現以喇二淺冷裝置乙二醇-天然氣換熱器為例說明換熱原理，換熱器工作流程見圖1。

為防止原料氣溫度降低所凝結的水在低溫下凍堵，在貧富氣換熱器和最終冷卻器入口噴注乙二醇作防凍劑，降低冰點溫度，抑制凝結的水與天然氣形成固體水合物，凝結的水由乙二醇循環帶走。二段壓縮出口天然氣溫度是130℃，經換熱器加熱乙二醇后降溫至112℃，三相分離器出口乙二醇溫度是-25℃，在乙二醇進入再生系統加熱前先被天然氣加熱，經換熱器加熱升溫至29℃，節約了電能。

圖1　乙二醇—天然氣換熱器示意圖

3.2應用分離器回收輕烴

為回收污水系統中的輕烴，常采用污水罐沉降分離器、自動排水閥等設備分離污水和輕烴。

現以杏V-1淺冷輕烴儲罐自動脫水器為例說明分離器原理及工作流程見圖2。

圖2　輕烴儲罐水分離器示意圖

圖3　除塵裝置工藝流程圖

輕烴儲罐儲存產品輕烴，由于在工藝處理中不可避免的存有游離水，此部分水在輕烴罐中聚集成為污水，降低輕烴品質，為避免輕烴罐污水排放時攜帶輕烴，采用自動脫水器，利用污水和輕烴的密度差實現分離作用，降低輕烴損耗，提高輕烴回收率。

3.3應用除塵裝置提高設備開工率

為保證壓縮機和級間分離器等油氣礦場加工裝置的正常運行，需要對原料氣雜質進行高效去除，例如北壓淺冷裝置采用具備三重分離效應的“天然氣凈化成套裝置”：第一級重力沉降分離（預處理150 μm）、第二級內置式高效旋風分離器（預處理20 μm）及第三級高效氣體過濾器（精處理1.0μm），其工藝流程見圖3。

經過除油器的濕氣通過入口控制閥由匯管進入濕氣雜質脫除裝置的3個并聯氣體凈化器進行氣、液、固分離。首先通過重力沉降室進行初步分離，沉降分離出的油、水等雜質通過底部閥門定期排至排污罐內；預處理后的氣體進入內置的2個旋風分離器進行第二級分離，分離出的污水等雜質通過旋風分離器下面中間灰斗的液位控制排放閥排到排污罐內集中處理；氣體從旋風分離器頂部出口通過連接管進入凈化器上部，從上至下經凈化器內多層結構的中空纖維精密過濾器進行第三級凈化處理后，通過出口匯管進入淺冷裝置進行增壓、制冷。

4　結論

根據生產現場應用節能改造措施后，裝置運行周期延長，天然氣火炬放空損耗減少，提高天然氣產量和產品輕烴量，降低了生產操作的工作強度，取得了良好的經濟效益和環境效益。

［1］蘇建華.許可方，宋德琦，等.天然氣礦場集輸與處理［M］.北京：石油工業出版社，2004：95.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.11.014

2015-06-10）

孫維軍，2008年畢業于吉林大學（熱能與動力工程專業），從事油田地面工程設計工作，E-mail：trqsunweijun @petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市薩大中路北285號，163414。