水套爐在元壩高含硫氣田運用問題分析

田德銀 王戰琦

(西南油氣分公司川東北采氣廠， 四川 閬中 637400)

水套爐在元壩高含硫氣田運用問題分析

田德銀 王戰琦

(西南油氣分公司川東北采氣廠， 四川 閬中 637400)

高含硫氣田開發中，水套爐在阻止天然氣水合物的生產、單質硫的析出，恒溫控制、自控聯鎖方面起著重要的作用。在元壩海相氣井調試、生產過程中，出現水浴溫度降低，氣井關斷問題，通過排查、分析、判斷，輸電線路消耗電壓，并使得水套爐電磁閥因額定電壓不足而開關不到位，影響天然氣流量，無法自動調節火焰大小，無法保持水浴溫度恒定。該問題的解決，對高含硫氣田水套爐的設計起著借鑒作用。

水套爐;水合物;自控聯鎖;水浴溫度;電磁閥;額定電壓

0 前言

元壩氣田是中石化繼普光氣田之后，成功開發的第二個高含硫氣藏，目前年生產天然氣能力達到凈化氣34億方。天然氣中硫化氫含量2.7%～8.44%(體積含量，下同)，二氧化碳含量3.12%～15.5%，屬于高含硫化氫，中含二氧化碳氣田。

元壩氣田井口壓力高達50MPa，氣井開采前期不產水，高壓天然氣經節流降壓到7-8MPa、溫度保持在40℃左右恒溫輸送至元壩凈化廠深度脫水、凈化。在節流降壓的過程中，天然氣溫度急劇降低，當溫度降低到27℃以下時，天然氣中的水汽在雜質的作用下生成水合物，同時，在溫度降低的過程中，高含硫天然氣極易析出單質硫。水合物和單質硫綜合作用，極易堵塞流程，造成氣井停產停輸。為解決上述問題，水套爐加熱、恒溫、自控的綜合利用，成為元壩氣田有效的解決措施之得以成功運用。如何保證水套爐的科學、有效運行，從而保證正常的氣井采輸，是保證高效開發高含硫氣田的關鍵。

1 水套爐設計考慮的因素

加熱氣體。元壩氣田高壓氣體從50MPa降壓到7-8MPa，經過三級節流：井口天然氣(井口溫度50℃左右)經井口籠套式節流閥節流，降壓到28MPa左右(設計壓力為40MPa)為一級節流(為保證不生成水合物，井口加注了甲醇)；加入甲醇并節流后天然氣繼續經二級節流閥節流，降壓到14MPa左右，進入分酸分離器，分離后天然氣中不含甲醇，且溫度降低到10℃或更低，此時易生成水合物和析出單質硫，為有效解決該問題，天然氣進入水套爐加熱后經過三級節流閥節流，壓力將至7-8MPa，溫度40℃，最后外輸。

具備恒溫功能?？紤]元壩氣田實際情況，加熱后的天然氣高于水合物的生成溫度，同時可以抑制單質硫的析出，保證出站溫度在40℃左右，這就要求流經水套爐的天然氣吸收的熱與火焰加熱水套爐軟化水的熱保持動態平衡，表象體征為水套爐的水浴溫度基本恒定。結合單井產氣量、壓力、出站溫度(約40攝氏度)，經過設備選型(選擇水套爐的功率，如60kw、80kw等)，計算元壩各井站水套爐的最佳水浴溫度為80℃。

水套爐具備自控功能。水套爐除具備加熱功能外，應有獨立的控制系統，能參與站場聯鎖控制(SIS)。一旦生產過程中出現水浴溫度過低、水位過低、燃燒系統熄火等狀況時，控制系統將直接把信號反饋到站場控制室，在控制室組件的作用下，實行井口關斷，從而實現氣井停產、停輸，保證高含硫氣井的生產安全。

2 水套爐的啟動與調節

水套爐安裝完畢后，先對設備進行通電，并進行打點單調，調試合格后具備投運條件。投產啟用時，在站控室電腦界面點擊或現場啟動“啟動”按鈕，水套爐風機啟動，建立爐膛內風循環模式，將爐膛內可能存在的可燃氣體通過水套爐煙囪循環到大氣中，并持續一定時間；同時，檢測器檢測出爐膛內無可燃氣體后，點火槍自動打火，母火管線上的電磁閥自動開啟，天然氣通過母火管線進入爐膛，點燃并形成長明火；感應裝置檢測到長明火后，將信號反饋至控制柜，控制柜發出主火燃燒指令，主火管線電磁閥開啟，天然氣進入爐膛，在長明火的作用下被點燃，燃燒并加熱水套爐爐腔內的軟化水。

在加熱天然氣生產時，天然氣的產量變化將引起系統溫度的變化，體現在水套爐水浴溫度的變化上。當水套爐水浴溫度過高，傳感器輸出信號并反饋到控制組件，控制組件發出指令，主火管線電磁閥自動減少開度，天然氣通過量減小，燃燒的熱量減少，水浴溫度降低到設計值；同樣，當水套爐水浴溫度過低，傳感器輸出信號并反饋到控制組件，控制組件發出指令，主火管線電磁閥自動增大開度，天然氣通過量增大，燃燒的熱量增大，水浴溫度升高到設計值。通過電磁閥的自動調節，實現自動調整加熱火焰的大小，進而調整水浴溫度，使水浴溫度在可控范圍內小幅度波動，基本保持恒溫，滿足生產要求。

3 投產中存在的突出問題

氣井開井前，先對水套爐進行點火加熱，溫度升高至80℃左右時，根據每口井的配產開井生產，投產后很短時間內(20分鐘左右)，天然氣溫度能滿足外輸要求，但隨著生產的進一步進行，天然氣溫度、水套爐水浴溫度逐步下降，當溫度下降到一定程度(50℃)時，SIS自控系統啟動，氣井關井，天然氣停產、停輸，嚴重影響氣田產量。

后經過多次、反復相同操作，仍出現氣井關井、停產問題。

4 解決問題途徑

為解決上述問題，現場投產人員進行了反復的原因探索和查找。

加大燃料氣壓力。針對可能的燃料氣壓力過小，通過調整調壓閥，升高調壓后的燃料氣壓力，從先前的0.2MPa升高到0.3MPa、0.4 MPa甚至更高。為達到此目的，調壓閥調到了高極限，后果是調壓閥隔膜片損壞，調壓閥報廢，燃燒供氣管線因調壓后壓力過高而絲扣漏氣，緊固過程中部分管線損壞。處理該類問題需組織物資、施工隊伍，浪費物力、人力，拖延投產日期。

減小輸氣量。分析認為，有可能流量計計量不準，氣井實際產能過大。通過調節一、二、三級節流閥開度，減少天然氣產量，但天然氣產量減少的減少未能有效解決這一問題。

檢查爐頭、火頭、供風系統。通過拆卸爐頭，檢查供風系統，燃燒器及燃燒方向，并進行反復清洗、維護、調整，但這一問題均未得到有效解決。

檢查供氣流程。在其他檢查無結果的情況下，通過反復的點火、熄火，并改變水套爐水浴溫度設定值，在溫度的變化中，發現火焰基本無變化，并發現在調節過程中主燃料氣管線上的電磁閥動作幅度較小，遠未達到設計中電磁閥的動作幅度。

5 原因分析及解決措施

找到問題癥結后，對電磁閥動作較小，開關不到位的情況進行分析，測試。發現通電未啟動時電磁閥的電壓為24V，點火啟動后電磁閥的驅動電壓僅為17V，與電磁閥額定要求的24V工作電壓相差甚大，無法提供足夠的電磁閥開啟力。

分析其原因為，水套爐設計時的驅動電源在控制間，通過電線敷設至現場水套爐處，距離約150m，如此長的電線自身有一定的電阻，相當于一個用電電器，與電磁閥串聯，在電磁閥未工作時，測試的電壓于輸出電壓一致為24V；在電磁閥工作時，線路消耗的電壓與電磁閥電壓之和為24V，導致實際電磁閥的驅動電壓僅17V，電壓的不足導致電磁閥的驅動力不足，無法足額的開關。

為使得電磁閥驅動電壓恒定在24V，現場采取電源前移至水套爐處，安裝接線后一次性調試、投運成功。

6 結論

①高含硫氣田氣井生產中，水套爐作為重要設備，具有加熱天然氣，防止水合物的生成及單質硫的析出作用。②水套爐自動化程度高，設定溫度后能自動進行火焰調節，能保持水溫恒定。③水套爐參與站場自控聯鎖，提高高含硫氣田開發的安全性。④水套爐設計需考慮電磁閥足額電壓問題，盡可能將24V電源前移至水套爐現場，保證較高的驅動電壓，電磁閥開關到位，從而實現恒溫自動化。

[1]胡志剛.自動熄火保護裝置在集氣站水套爐上的運用，安全.健康與環保，2014,(8).

[2]董江潔,等.低溫氣井井口水合物防止工藝探討.新疆石油天然氣，2013,(1).

[3]吳志欣,等.淺談普光氣田集輸系統天然氣水合物的預防措施，科技與企業，2012,(17).

[4]鄧美洲,等.川東北含硫氣井測試流程中水合物預測及防治，西部探礦工程，2011,(7).

[5]門虎,等.水套爐安全保護與控制的改進，油氣田地面工程，2011,(5).

[6]戚斌.含硫氣藏天然氣水合物生成預測及防治，天然氣工業，2009,(6).

田德銀(1974- )，男，本科，中級工程師，研究方向：油氣開發。