文23氣田三甘醇脫水系統工藝改進措施研究

2016-11-12 02:21:58張紅靜蘇花衛楊

天然氣技術與經濟 2016年5期

張紅靜蘇花衛楊恂

（1.承德石油高等專科學校，河北承德 067000；

2.中國石油西南油氣田公司蜀南氣礦自貢采氣作業區，四川自貢 643000）

文23氣田三甘醇脫水系統工藝改進措施研究

張紅靜1蘇花衛1楊恂2

（1.承德石油高等專科學校，河北承德 067000；

2.中國石油西南油氣田公司蜀南氣礦自貢采氣作業區，四川自貢 643000）

通過分析文23氣田三甘醇脫水裝置存在的問題，提出了設置閃蒸罐、甘醇貧富液換熱采用高效板式換熱器、將隔膜式甘醇循環計量泵換為能量轉換泵、實現再生塔塔頂外循環量可調、優化工藝參數等改進技術與措施，增強了脫水裝置的可調節性和可操作性，降低裝置的操作費用和能耗，降低三甘醇損失。

三甘醇脫水裝置工藝改進

0 引言

天然氣自氣井產出，在集氣站經過三級節流降壓、井口分離器簡單分離后，水含量依然很高。而在天然氣的管道輸送過程中，產品天然氣的水露點必須達到輸送要求，以避免在天然氣管道輸送過程中發生腐蝕、凍堵及降低輸送能力的后果，所以，必須對井口天然氣進行脫水處理。

目前，溶劑吸收法是廣泛應用的天然氣脫水方法，其中又以三甘醇脫水技術應用最多。因為相對于其他溶劑，三甘醇具有熱穩定性好、易于再生，吸濕性很高、蒸汽壓低、攜帶損失量小、裝置運行可靠、達到的露點降大、濃溶液不會固化等優點［1-3］。

文23氣田的三甘醇脫水裝置在設計和運行過程中，存在著效率低、能耗高、污染重等一系列的問題。筆者通過文獻資料調研和現場裝置實際運行狀況，提出了一些改進措施，以便使文23氣田三甘醇脫水裝置的工藝更優，能耗更低，運行更平穩、更環保，也為其他氣田的三甘醇脫水裝置改造與運行提供參考。

1 三甘醇脫水工藝流程概述

濕天然氣經三級分離器分離后，由吸收塔底部進入吸收塔，三甘醇由吸收塔上部第一層塔盤上注入，天然氣在吸收塔中自下而上與各層泡罩塔盤中的三甘醇逆流接觸，經過充分傳質交換，其中的水分被三甘醇吸收變成干氣（產品氣），再經塔頂捕霧絲網除去氣體中攜帶的三甘醇微小液滴后出吸收塔頂外輸（圖1）。

圖1 三甘醇脫水工藝流程圖

吸收了天然氣中水分的富三甘醇由吸收塔塔底出液，至三甘醇再生撬富液精餾柱柱頂換熱盤管。富甘醇經與富液精餾柱柱頂換熱盤管，一方面本身被加熱，溫度可加熱到80℃左右，同時給柱頂汽相提供冷量。換熱后，經濾布過濾器用以過濾掉甘醇溶液中的固體雜質，經活性炭過濾器用以除掉甘醇溶液中的部分重烴及甘醇降解物質。富甘醇出過濾器后進板式貧富液換熱器與由重沸罐下部換熱緩沖罐流出的熱貧液進行換熱升溫，再進換熱緩沖罐換熱盤管與緩沖罐中貧甘醇進行第三次換熱升溫至約100～120℃；最后，富甘醇在自身壓力下進入富液精餾柱中部，分離成汽液兩相。

汽相上升，在柱內填料上與柱頂被冷凝下來的內回流進行傳質交換，水分及溶解在醇液中的烴類被分離出來，由精餾柱頂排出。液相下降，在填料上與重沸罐加熱上升的汽相進行傳質，水分及烴類被解吸，三甘醇得到提純后下降到重沸罐，被加熱至195～200℃以蒸發出殘留的水分和烴類；得到再生后的貧甘醇。經貧液汽提柱溢流口溢流至貧液汽提柱，在汽提柱中經干氣汽提后進入下部換熱緩沖罐。

貧甘醇出緩沖罐進入貧富液板式換熱器與富液換熱降溫至小于95℃，經甘醇過濾器過濾后進隔膜式甘醇循環計量泵泵出進入吸收塔頂干氣出口套管換熱器，與出口天然氣換熱冷卻后進入吸收塔塔盤重新吸收天然氣中的水分。

2 三甘醇脫水裝置存在的問題

目前，文23氣田三甘醇脫水裝置運行狀況基本是正常的，但是因為原料氣氣質、氣田產出水（泡沫排水采氣）、設計流程不太合理、工藝參數不夠優化、設備選型不夠理想等因素，導致脫水裝置的運行成本較大，脫水運行不太穩定，甚至會出現天然氣水露點不合格的問題。文23氣田三甘醇脫水裝置存在的主要問題有：

1）井口分離器來氣僅能粗略地脫出天然氣中的雜質，氣體需要再通過多管螺道旋流分離器和聚結過濾分離器，從而脫出0.1 μm以上的液固體雜質。但有時會由于分離器底部的液位較高，使分離器內沒有足夠的沉降空間，從而不能將液態水、輕烴和固體顆粒等雜質去除殆盡。在天然氣通過吸收塔時，液固體雜質進入三甘醇，引起三甘醇溶液發泡。

2）吸收塔頂沒有安裝在線分析，不能及時監測捕霧網的分離效率和三甘醇損失量。

3）再生系統沒有設置閃蒸罐。文23氣田三甘醇脫水裝置沒有設置三甘醇富液閃蒸罐，使富三甘醇因帶有輕烴、芳香烴、凝析油等引起三甘醇溶液發泡，從而增加三甘醇溶液的損失量。

4）貧富甘醇換熱器用的是盤管式換熱器，再生負荷偏高［4］。在貧甘醇罐進行貧富三甘醇液換熱時，所用盤管式換熱器的換熱效果比較差，使得換熱后的富甘醇液進入再生塔的溫度較低，一般在96℃左右，從而增加再生塔重沸器的熱負荷，增大了裝置的運行成本。換熱后，三甘醇貧液溫度也較高（一般在95℃以上），導致甘醇貧液進泵溫度太高。現場雖然增加了板式換熱器（換熱面積為6.63 m2，傳熱系數為500 W/℃；出換熱器貧甘醇溫度小于等于95℃），但此板式換熱器換熱面積太小，不能滿足要求，一直用自來水管沖洗泵體降溫，造成了水資源浪費和能耗增加。

5）再生塔重沸器火管傳熱效率降低，三甘醇貧液濃度偏低，同時引起甘醇污染。文23氣田產出水礦化度較高，有的氣井又采用了泡沫排水采氣，使得水分在再生系統中蒸發后，無機鹽呈晶體或鹽垢析出并附著在重沸器火管上，造成火管傳熱效率下降，若增大燃燒氣的氣量，會因再生塔溫度過高引起三甘醇分解甚至結焦［5-6］。

6）工藝參數操作不合理，引起能耗增加、甘醇損耗量偏大。溫度對三甘醇損失量影響較大。吸收塔操作溫度及三甘醇貧液入塔溫度過高、再生塔富液精餾柱溫度偏高都會造成能耗增加、三甘醇攜帶損失加大，還有再生塔重沸器火管溫度偏高會引起甘醇熱分解損耗。

現場操作人員對三甘醇脫水裝置了解甚少，很難維持較優的操作參數。另外，清理過濾器、更換閥門、墊片等操作不規范，也會引起甘醇損耗量增大［7-8］。

7）沒有投用汽提氣。文23氣田脫水裝置沒有投用汽提氣，使得在同等條件下達到同一貧三甘醇液濃度時（如97%）所需要的再生溫度較高，增大了再生塔負荷，增大了能耗。而且，難以獲得98.5%甚至更高的三甘醇貧液濃度。若三甘醇貧液濃度較低，將導致同等條件下的貧液循環量增大，甚至不能滿足脫水的水露點指標要求。

3 裝置優化措施

1）在原料氣進入脫水系統前，將原料氣中的水、輕烴（凝析油）及固體顆粒去除殆盡。要及時排污，確保井口分離器有足夠的沉降空間與沉降時間，去除天然氣中的大量水、凝析油及其他固體雜質；確保天然氣經多管螺道旋流分離器分離后能夠去除5 μm以上的固體顆粒和小液滴，再通過聚結過濾分離器時，能夠去除0.1 μm以上的小液滴，防止甘醇發泡（必要時可加入消泡劑），保證分離效果。

2）吸收塔頂安裝在線分析，及時監測捕霧網的分離效率和三甘醇損失量，及時調整運行參數，保證產品氣質量，降低三甘醇損失。

3）再生系統設置閃蒸罐。設置三甘醇富液閃蒸罐，在富甘醇液換熱后，進入再生系統前，先使三甘醇富液進行一次閃蒸，去除富液中的部分烴類、水蒸氣，降低三甘醇損失，防止三甘醇溶液發泡。閃蒸溫度可以控制在60～65℃，停留時間為5～10 min，閃蒸壓力為0.35～0.52 MPa。

4）更換為功率更大的板式換熱器，降低甘醇再生熱負荷。為了將高溫甘醇貧液熱量有效回收利用，將板式換熱器的換熱面積加大（表1），保證將三甘醇貧液溫度降低至82℃以下，有效地降低再生塔熱負荷［9］。

表1 換熱器改進前后換熱效果對比表

5）及時清理再生塔的污垢，提高著火管的傳熱效果；增加可靠的溫度自動控制系統，嚴格監控再生塔溫度，盡可能使再生塔內的三甘醇溫度不超過196℃，防止溫度過高引起三甘醇分解或結焦。

6）維持合理的操作參數，降低能耗與三甘醇損失。在三甘醇脫水系統中，進料氣的溫度和壓力是一定的。由于三甘醇在溫度較低時黏度增加，容易發泡，因而進料氣的溫度不應低于15℃，一般可控制在15～38℃。貧三甘醇脫水溫度，從理論上說，它應比吸收塔內的氣體溫度高3～8℃，但從三甘醇裝置脫水的角度來看，吸收溫度應控制在27～38℃。三甘醇的循環量要根據原料氣的含水量來調節，推薦值為每升水12.5～33.3 L三甘醇。這樣，可以使三甘醇損耗量不超過16L/106m3天然氣。要降低能耗與三甘醇損失，需要選擇合理的工藝參數。

7）投用汽提氣。當三甘醇貧液濃度大于98.5%時，將大大提高三甘醇的脫水效率，從而降低貧液循環量，降低能耗。將脫水裝置的汽提氣投用，氣量可控制在20～30 L/h，可在再沸器溫度為200℃時使再生后的三甘醇濃度提升至99.5%以上。