LNG工廠天然氣水合物防治與處理

楊 燁，蔣岸石，劉 彬，鄭春紅

（中國(guó)石化江漢油田分公司江漢采油廠，湖北黃岡438011）

LNG工廠天然氣水合物防治與處理

楊 燁，蔣岸石，劉 彬，鄭春紅

（中國(guó)石化江漢油田分公司江漢采油廠，湖北黃岡438011）

在LNG（液化天然氣）工藝生產(chǎn)過(guò)程是利用低溫冷凍技術(shù)將常壓下氣態(tài)的天然氣冷卻至-162℃，使之凝結(jié)成液體。低溫下形成的天然氣水合物在管道中發(fā)生低溫凍堵現(xiàn)象，影響裝置生產(chǎn)。文中分析了水合物的生成原因，并實(shí)施了有效的處理方法，解決了管道中低溫凍堵現(xiàn)象。

天然氣水合物；LNG工廠；低溫凍堵；成因機(jī)理；防治處理

天然氣水合物（NGH）是一種由氣體分子和水分子在一定溫壓條件下形成的非化學(xué)計(jì)量型，類(lèi)冰狀籠形絡(luò)合結(jié)晶物［1］。已發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)有:Ⅰ型、Ⅱ型、H型3種。其中Ⅰ型分布最廣，主要存在于深海，由生物生成氣（甲烷、乙烷、硫化氫、二氧化碳）等形成；Ⅱ型出現(xiàn)于天然氣或凝析油管道，由小分子氣體如甲烷和較大氣體分子如丙烷、異丁烷及其同系物等形成；H型為新型水合物，形成條件對(duì)溫度和壓力條件要求高。主要由小分子氣體如甲烷和較大分子的物質(zhì)如新戊烷、甲基環(huán)戊烷等形成［2～4］。

1 LNG工廠特點(diǎn)

LNG是利用低溫冷凍技術(shù)將常壓下氣態(tài)的天然氣冷卻至-162℃，使之凝結(jié)成液體［5］。LNG工廠主要工藝為:原料氣經(jīng)過(guò)濾分離后進(jìn)入三脫單元，脫除CO2、H2O、汞后進(jìn)入液化裝置液化，得到LNG產(chǎn)品進(jìn)入LNG罐區(qū)儲(chǔ)存并裝車(chē)外運(yùn)，見(jiàn)圖1。

圖1 LNG工廠主要工藝流程

2 管道NGH成因機(jī)理

天然氣水合物的形成主要滿(mǎn)足3個(gè)條件:①環(huán)境中含有水和小分子烴類(lèi)物質(zhì)；②滿(mǎn)足低溫高壓（T＜10℃，P＞10 MPa）的水合物形成平衡條件；③環(huán)境中具有結(jié)晶中心的存在。因此在LNG工廠中，天然氣水合物易出現(xiàn)在脫水工藝前或深冷工藝換熱器中及相應(yīng)管道中。

在溫度不變的情況下，不同壓力的作用可以形成不同密度的天然氣水合物。實(shí)驗(yàn)證明，含有5%乙烷和2%丙烷的天然氣形成水合物的平衡壓力可以比純甲烷降低約1.15 MPa。所以未經(jīng)凈化的含有各種烴類(lèi)分子混合物的天然氣更易形成天然氣水合物。在水合物生成階段會(huì)伴隨放熱反應(yīng)，而LNG工廠低溫深冷的特點(diǎn)恰好迎合了的水合物生成條件。

3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例與應(yīng)急處理

某LNG工廠出于節(jié)能考慮，由于原料氣脫碳后溫度過(guò)高，所以利用液化裝置冷量，直接進(jìn)氣進(jìn)液化裝置的高壓丙烯蒸發(fā)器進(jìn)行降溫。然后再進(jìn)入脫水脫汞裝置進(jìn)行下一步處理，開(kāi)工調(diào)整后，由于高壓丙烯蒸發(fā)器建液過(guò)高，導(dǎo)致?lián)Q熱后原料氣溫度過(guò)低（14℃左右）。在原料氣壓力6.5 MPa作用下形成天然氣水合物。導(dǎo)致后端濕凈化器聚結(jié)器壓差高報(bào)警，但并未引起重視。由于高壓丙烯蒸發(fā)器不斷換熱給冷，原料氣壓力不斷憋高又極大促進(jìn)了水合物生成。所以當(dāng)操作人員發(fā)現(xiàn)并重視時(shí)濕凈化器聚結(jié)器壓差已超過(guò)儀表量程，而且后端壓力急劇下降。原料氣中含乙烷等其他組分，在未脫除情況下極易產(chǎn)生水合物。

在此情況下，操作人員一方面對(duì)前端脫碳裝置進(jìn)行調(diào)整，升高原料氣進(jìn)高壓丙烯蒸發(fā)器溫度，另一方面降低高壓丙烯蒸發(fā)器液位，減少冷量供給進(jìn)行復(fù)熱。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)人員緩慢打開(kāi)濕凈化器聚結(jié)器旁通手閥，穩(wěn)定后端壓力，防止聯(lián)鎖停機(jī)。

4 防治辦法

不同工藝不同條件下水合物形成速度不同。所以應(yīng)根據(jù)事件的優(yōu)先性與經(jīng)濟(jì)性選擇合適的防治辦法。常用的5種水合物防治辦法見(jiàn)表1。

表1 NGH防治辦法

在LNG工廠生產(chǎn)中，天然氣水合物的預(yù)防主要是依靠建廠前工藝流程的設(shè)計(jì)和優(yōu)選加上生產(chǎn)投運(yùn)后的平穩(wěn)操作，避免管道和相應(yīng)設(shè)備中具備天水合物生成條件?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處理后應(yīng)該立即展開(kāi)后續(xù)監(jiān)控工作。

（1）若差壓任然存在或者反彈證明水合物并未完全消除或者重新聚集形成。

（2）若差壓并未完全消除也沒(méi)上升。證明應(yīng)急處理方案并未完全消除水合物需維持當(dāng)前工況穩(wěn)定情況下打開(kāi)管線(xiàn)及其相關(guān)容器電加熱。并適當(dāng)調(diào)整管網(wǎng)壓力，運(yùn)用加熱、降壓法復(fù)合消除水合物。

（3）若差壓反彈，證明水合物重新聚集形成。運(yùn)用加熱法見(jiàn)效慢。有聯(lián)鎖停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。必須立即對(duì)相關(guān)部位進(jìn)行加藥并且對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行降壓處理。限制產(chǎn)量。若加藥量太大可對(duì)后端進(jìn)行適當(dāng)放空。防止產(chǎn)品質(zhì)量受藥劑影響。

（4）注意化學(xué)法與加熱法謹(jǐn)慎同時(shí)使用，防止因加熱而引起的藥劑失效或其他危害性化學(xué)反應(yīng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于換熱器、長(zhǎng)輸管道，由于流體組分穩(wěn)定，并且以一定流量運(yùn)行。所以水合物的生成主要考慮溫度、壓力的變化。而在相應(yīng)化工企業(yè)生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)往往會(huì)有紙漏，節(jié)能與正常生產(chǎn)是不能完全兼顧的。

在LNG工廠中，開(kāi)停工和非滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)期間是各種問(wèn)題的突發(fā)期，各種情況都應(yīng)該事先預(yù)警并做出應(yīng)急預(yù)案。而各儀表測(cè)點(diǎn)的報(bào)警也應(yīng)該相應(yīng)重視，分級(jí)對(duì)待。不可因?yàn)槭欠钦Ｇ闆r下生產(chǎn)而忽略。對(duì)于管線(xiàn)凍堵應(yīng)該根據(jù)發(fā)生部位流程、溫度、壓力、工作介質(zhì)等各方面因素進(jìn)行分析，得出凍堵原因后在做相應(yīng)處理。

［1］諸林.天然氣加工工程［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2008:77-78.

［2］陳賡良.天然氣采輸過(guò)程中水合物的形成與防止［J］.天然氣工業(yè)，2004，24（8）:89.

［3］皮艷慧，廖柯熹，孫歐陽(yáng).天然氣水合物生成條件預(yù)測(cè)模型及適用性評(píng)價(jià)［J］.天然氣與石油，2012，30（6）:16-18.

［4］梁裕如，張書(shū)勤.氣田采氣管線(xiàn)天然氣水合物生成條件預(yù)測(cè)［J］.天然氣與石油，2011，29（3）:11-13.

［5］丁浩，劉鳳全，張連春.天然氣水合物儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)目尚行裕跩］.國(guó)際石油經(jīng)濟(jì)，2005，13（3）:49.

Prevention and treatment of natural gas hydrate in LNG plant

Yang Ye，Jiang Anyan，Liu Bin，Zheng Chunhong
（Jianghan Oil Production Plant of Sino-Pec Jianghan Oil Field Company，Huanggang 438011，China）

LNG（liquefied natural gas）production process is to use low-temperature refrigeration technique to cool the gaseous natural gas under atmospheric pressure to-162℃，thus to coagulate it into liquid.The natural gas hydrate formed under low temperature has frozen blocking phenomenon in pipelines，which affects plant production.This paper analyzed the formation reason of natural gas hydrate，and implemented effective treatment method，solved frozen blocking phenomenon in pipelines.

natural gas hydrate；LNG plant，frozen blocking phenomenon；formation mechanism；prevention treatment

P744.4

B

1671-4962（2017）02-0035-02

2016-11-25

楊燁，男，助理工程師，2016年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)地質(zhì)工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事LNG工廠生產(chǎn)運(yùn)行管理工作。