脫鹽閃蒸單元提前投用對乙二醇回收系統的意義

郭偉

【摘 要】深海天然氣開發中越來越多地采用水下生產系統的方式，井流物從水下井口返出，通過長輸管線輸送到中心平臺處理。在長達幾十公里的輸送距離中有形成水合物的風險，防止水合物生成是整個深水海管流動性保障中的關鍵技術。目前，國內外主要通過向水下井口注入水合物抑制劑的方法來保證海管流動性安全，某海上平臺擁有國內首個自主運營的乙二醇回收系統，在系統調試運行中，提前投用脫一價鹽單元[1]，解決了產品潔凈度不達標的難題，有效降低了生產作業成本，對后續的相關項目有一定的借鑒意義。

【Abstract】In the development of deep-sea natural gas， more and more underwater production systems are adopted， and the flow from the wellhead is sent back to the central platform by long-distance pipeline. There is a risk of hydrate formation at distances of up to tens of kilometers， the prevention of hydrate formation is a key technique in the flow protection of deepwater sea tubes. At present， domestic and international mainly through the injection of hydrate inhibitors to the wellhead to ensure the safety of the pipe flow. One offshore platform has the first domestic autonomous operation of glycol recovery system， in the process of system debugging and operation， the stripping of monovalent salt [1] is put into use in advance， which solves the problem that the product cleanliness is not up to standard， effectively reduces the production operation cost， and has certain reference significance for the follow-up related projects.

【關鍵詞】乙二醇再生；乙二醇回收；脫一價鹽

【Keywords】ethylene glycol regeneration； ethylene glycol recovery； stripping of monovalent salt

【中圖分類號】TE5 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）08-0177-02

1 研究背景

某海上平臺位于中國南海北部海域珠江口盆地，接收來自三個氣田的天然氣。其中，兩個氣田采用水下井口，區域最大水深338m，且距離平臺較遠，井流物經混輸海底管線輸送平臺過程中，需要持續向水下井口注入乙二醇來抑制水合物生成。平臺擁有國內首套自主操作的乙二醇回收系統，2015年4月30日平臺乙二醇回收系統生產出合格乙二醇成功回注水下井口，但在接下來運行維護中，仍然存在一些問題，導致系統穩定性不高，乙二醇消耗較大[1]。

2 項目簡介

MRU系統整個工藝流程由四個主要部分組成：①預閃蒸單元去除富乙二醇中的烴凝析液、烴蒸氣和二氧化碳；②預處理單元通過注入化學藥劑去除二價鹽和腐蝕性產物；③再生單元利用常壓蒸餾去除乙二醇富液中的水，得到濃度為80wt%的貧乙二醇；④脫鹽閃蒸單元將再生后的一部分貧液進行脫一價鹽處理，使得最終產品含鹽量低于30g/L。

根據設計，向預處理罐注入NaOH溶液（50wt%NaOH）以及Na2CO3溶液（30wt%Na2CO3），NaOH與地層水中的碳酸氫鹽反應，形成Na2CO3，然后Na2CO3再與溶液中的二價陽離子反應（主要是鈣Ca加少量的鋇Ba、鍶Sr和鐵Fe），生成碳酸鹽沉淀，鎂沉淀為氫氧化鎂，在沉淀后通過顆粒過濾器將預處理罐中生成的沉淀過濾出去。

高溶解性鹽（一價鹽）在脫鹽閃蒸單元除去，在負壓條件下，在未達到乙二醇裂解溫度前將乙二醇閃蒸出來，其中的高溶解性鹽將會析出落入脫鹽閃蒸罐下部的鹽罐內，通過離心機除去，由于前期生產水主要是凝析水，含鹽量低，廠家建議不投用脫一價鹽單元。

3 存在問題

MRU系統投用前期，按照廠家推薦向預處理罐內添加氫氧化鈉，將pH控制在9～10之間，重沸器加熱效率下降非常快，在處理量3m3/h的情況下，工作3天就無法繼續工作，停用后采用內窺鏡發現重沸器內部結垢[2]非常嚴重，需要切換進行酸洗才能除去重沸器內部換熱面上的垢，單套重沸器酸洗耗時2天，無法保證系統連續穩定的運行，且酸洗劑耗量較大。通過對堵塞物取樣分析，主要為堿式碳酸鎂等物質。

根據再生塔運行期間化驗數據顯示，再生塔進口乙二醇富液顆粒度基本在NAS12左右，但是經過再生塔脫水后，出口顆粒度上升到NAS14左右，清洗再生塔時排出水呈黃褐色，其中鐵離子含量明顯上升，證明再生塔內部碳鋼材質被腐蝕，潔凈的貧乙二醇被污染。

由于再生塔出口產品顆粒度達不到NAS12的回注標準，必須經過后置濾器來對產品進行過濾清潔，而后置濾器堵塞非常快，投用一個小時壓差就開始迅速上升，被迫切換下線，制約了系統連續生產，頻繁清洗濾器消耗大量乙二醇。endprint

4 問題分析

氣田生產初期主要是凝析水，鹽分含量較低，故而設計初期脫鹽閃蒸單元不投用，僅投用預閃蒸、預處理及再生單元即可滿足處理要求，同時由于來液中碳酸氫根離子濃度較高，在日常化驗中多次出現來液中碳酸氫根離子濃度超過4000mg/L的情況，該生產水為碳酸氫鈉型。

經過對再生塔貧液泵入口濾器垢物取樣化驗，分析結果顯示，結垢組分以鎂鹽和鐵鹽為主，Mg5（CO3）4（OH）2！4H2O含量為43.5%，FeH2P3O10含量為36.3%，其中鎂鹽可能為水中Mg2+與CO32-和OH-結合而成。

為了尋找重沸器迅速結垢的原因，取樣對預處理罐內加注氫氧化鈉進行了驗證：

可以看出：①鈣鎂離子含量均隨pH值的升高而降低； ②鈣離子含量隨溶液pH值升高而降低，pH=11.5后就降為0，即完全去除； ③鎂離子含量隨溶液pH值升高而降低，pH=12.5后降為0，即完全去除； 根據實驗數據，pH=12.5時，樣品中鈣鎂離子全部去除，加堿調整pH值過程中，水中的HCO3-部分或全部轉化成CO32-，只有當CO32-足夠多時，才能將水中的Ca2+去除，而Mg2+的去除則需要有OH-的存在。加堿量不夠充分時，水中的CO32-不夠將Ca2+完全去除，Mg2+基本沒有被去除，當進入后續流程升溫后鈣鎂離子更容易析出。

5 解決措施

水下來液中鈣鎂離子濃度遠低于設計量，在脫鹽閃蒸罐內因高濃度二價鹽影響，乙二醇在高溫下形成絡合物的可能性極低，據此提出提前投用脫鹽閃蒸單元，將再生塔來液全部導入脫鹽閃蒸罐內，在負壓閃蒸條件下閃蒸出潔凈的乙二醇[3]，將一價鹽和二價鹽一起脫除，同時再生塔出口攜帶的雜質也可以通過閃蒸除去，解決產品潔凈度不合格和重沸器結垢的難題，由于產品潔凈度達標，后置濾器頻繁堵塞的情況也迎刃而解。

水下來液中含有大量的碳酸氫根離子（>1000mg/L），而鈣鎂離子含量低，當向預處理罐添加氫氧化鈉將罐內pH值控制在9～10之間時，氫氧根會先和溶液中碳酸氫根反應，這與實驗中pH在11以下溶液中幾乎不形成沉淀的情況吻合，當pH值為9～10的富乙二醇溶液進入到再生塔中，由于重沸器加熱，將溶液中大部分的水除去，離子濃度上升，此時溶液pH值顯著上升，達到12.5左右，溶液中鎂離子和氫氧根離子結合，在重沸器處形成氫氧化鎂沉淀，造成重沸器結垢。當不向預處理罐內加注氫氧化鈉時，預處理罐內pH值為6～7之間，在pH<8.3的情況下，溶液中幾乎全部以碳酸氫根的形式存在，重沸器內將不會結垢[3]。

在調整藥劑使用，投用脫一價鹽單元后，產品潔凈度得到極大改善，完全滿足水下注入NAS12的要求。再生塔重沸器可連續工作，對后置濾器的附著物進行了掃描電鏡分析，垢樣烘干后掃描電鏡顯示結果為碳酸鈉等化合物，驗證了淡水熱洗效果。

6 項目意義

投用脫一價鹽單元后，乙二醇耗量進一步得到降低，減少了人力需求和成本，產品的潔凈度能夠滿足水下回注需求，系統平穩運行，對后續項目的調試和運行有一定的借鑒意義。

【參考文獻】

【1】張春娥，趙方生，鐘小俠，等.海上氣田含鹽乙二醇回收技術研究[J].中國機械，2013（15）：77-79.

【2】張長智，萬祥，胡茂宏.深水天然氣田乙二醇系統結垢和腐蝕問題研究[J].全面腐蝕控制，2011，25（3）：24 - 27.

【3】曹莉，齊志彬，汪洋，等.海上氣田乙二醇回收系統的優化研究[J].廣州化工，2014，22（42）：159-161.endprint