煤層氣三甘醇脫水裝置工藝分析及改進(jìn)措施

郭劍衛(wèi) 王宇鵬

（山西藍(lán)焰煤層氣集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 沁水 048200）

三甘醇脫水裝置是煤層氣氣田地面集輸、處理工藝的重要組成部分。近年來隨著沁水區(qū)塊煤層氣抽采量的不斷增大，李莊首站的輸氣量也不斷增加。此外，煤層氣的含水量受季節(jié)的影響，冬季含水量較多、三甘醇進(jìn)吸收塔溫度偏高等問題都會影響三甘醇脫水裝置的正常運(yùn)行。

1 李莊首站三甘醇脫水工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

李莊首站三甘醇脫水裝置分兩期進(jìn)行建設(shè)，一期煤層氣的處理規(guī)模為100×104Nm3/d，二期煤層氣的處理規(guī)模為100×104Nm3/d。要求原料氣的壓力為1.97MPa，溫度為37℃，進(jìn)入下游管道的煤層氣的水露點(diǎn)要求≤-5℃（水露點(diǎn)應(yīng)比最低環(huán)境溫度低5℃）。

2 李莊首站三甘醇脫水工藝流程和運(yùn)行現(xiàn)狀

李莊首站三甘醇脫水裝置工藝流程如圖1所示，主要分為煤層氣脫水單元、三甘醇再生單元兩個(gè)系統(tǒng)。

圖1 三甘醇脫水工藝流程簡介

2.1 煤層氣脫水單元

濕氣（含水煤層氣）首先進(jìn)分離器分離出濕氣夾帶的液滴，然后從底部進(jìn)入三甘醇吸收塔，在塔內(nèi)與塔上部進(jìn)入的貧三甘醇通過塔盤充分接觸，脫除氣體中的水分，脫水后的煤層氣進(jìn)入干氣/貧液換熱器與貧三甘醇換熱升溫至43℃去外輸單元。吸收塔底出來的富三甘醇進(jìn)入三甘醇再生單元。

2.2 煤層氣再生單元

來自煤層氣脫水單元的富三甘醇進(jìn)入三甘醇再生單元。富三甘醇（0.5MPa，40℃左右）首先進(jìn)入再生塔頂部，通過塔頂冷凝器與塔頂水汽換熱升溫后進(jìn)入三甘醇閃蒸罐，分離出的氣體去匯氣管，分離出的富三甘醇經(jīng)活性炭過濾器和濾布過濾器進(jìn)一步除去固體顆粒和雜質(zhì)后，通過貧/富液換熱器和緩沖罐與貧三甘醇換熱升溫至 122℃左右，進(jìn)入三甘醇再生塔中部進(jìn)行甘醇濃度提純。三甘醇再生溫度為200℃。再生后的三甘醇溶液濃度由97%提純至99.2%以上，此時(shí)三甘醇由富液變?yōu)樨氁骸Ｌ峒兒蟮呢氁河芍胤衅鞯囊缌骺谶M(jìn)入緩沖罐。貧液（190℃左右）通過貧/富液換熱器與富三甘醇換熱降低溫度后，經(jīng)三甘醇注入泵增壓后，再進(jìn)干氣/貧液換熱器與外輸煤層氣換熱冷卻至60℃左右后，進(jìn)入三甘醇吸收塔上部，循環(huán)使用。再生塔塔頂水汽就地放空。

2.3 三甘醇脫水設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀

李莊首站目前每日的輸氣量為110～140×104Nm3/d。現(xiàn)在兩套三甘醇脫水裝置全部運(yùn)行，每套處理能力為100×104Nm3/d，目前運(yùn)行壓力1.5MPa左右，煤層氣進(jìn)裝置溫度在40～45℃之間，每套處理煤層氣約65×104Nm3/d，甘醇循環(huán)量約2m3/h。脫水塔采用板式塔，三甘醇再生使用明火直接加熱至195℃～200℃通過再生裝置再生，三甘醇循環(huán)泵為電動(dòng)柱塞泵。

3 三甘醇脫水存在問題分析研究

針對站內(nèi)脫水設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，分析造成脫水設(shè)備脫水效果不達(dá)標(biāo)和三甘醇損耗較大這兩個(gè)問題的具體原因。

3.1 三甘醇損耗量較大

三甘醇脫水裝置主要的運(yùn)行成本集中在三甘醇的損耗上，按照《天然氣脫水設(shè)計(jì)規(guī)范》SY0076中對三甘醇損耗的設(shè)計(jì)要求為15mg/m3，目前站內(nèi)三甘醇的損耗量偏大。表1為站內(nèi)三甘醇的消耗量統(tǒng)計(jì)情況與設(shè)計(jì)要求的對比。通過對現(xiàn)場三甘醇設(shè)備運(yùn)行情況分析，其原因主要如下：

表1 三甘醇的消耗量統(tǒng)計(jì)情況與設(shè)計(jì)要求的對比

（1）三甘醇發(fā)泡變質(zhì)。通過對三甘醇裝置排污閥的排污，發(fā)現(xiàn)三甘醇溶液有時(shí)會出現(xiàn)發(fā)泡變質(zhì)現(xiàn)象。三甘醇溶液顏色呈較深的黑褐色并伴有難聞的氣味時(shí)，表明三甘醇發(fā)泡變質(zhì)。吸收塔內(nèi)形成泡沫，干氣會從吸收塔內(nèi)帶走一定量的三甘醇，閃蒸罐內(nèi)形成大量的泡沫，三甘醇會通過閃蒸氣管線進(jìn)入燃燒爐被燒掉，三甘醇發(fā)泡的主要原因是三甘醇被無機(jī)鹽、凝析油、化學(xué)助劑、固體顆粒雜質(zhì)等污染造成的。

（2）三甘醇進(jìn)吸收塔溫度高。三甘醇貧/富液換熱效果差，目前站內(nèi)使用盤管換熱器，由于緩沖罐內(nèi)貧液溫度約為190℃左右，經(jīng)貧/富液換熱器換熱后，貧液進(jìn)入增壓泵溫度仍高達(dá)85℃～90℃，造成后部進(jìn)吸收塔溫度超過60℃，增加了三甘醇的損耗。

（3）三甘醇的泄漏。三甘醇脫水裝置長時(shí)間的運(yùn)行，閥門、加壓泵等設(shè)備的密封件出現(xiàn)磨損，造成三甘醇的漏失損耗。

3.2 三甘醇脫水系統(tǒng)的脫水效果不達(dá)標(biāo)

煤層氣經(jīng)過脫水后，出站的水露點(diǎn)達(dá)不到-5℃。在冬季，下游用戶反映輸氣管道有凍堵現(xiàn)象發(fā)生。通過對現(xiàn)場三甘醇設(shè)備運(yùn)行情況分析，其原因主要如下：

（1）三甘醇循環(huán)泵出口共用管線。三甘醇循環(huán)泵出口共用管線，然后分支至兩座吸收塔。由于采用手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門來分配流量，會存在三甘醇流量分配不均，致使兩座吸收塔脫水效果存在差異。

（2）三甘醇再生溫度不穩(wěn)定。再生溫度是保證三甘醇再生的關(guān)鍵參數(shù)，溫度過高三甘醇分解，溫度過低三甘醇無法完成再生。表2為現(xiàn)場再生設(shè)備的關(guān)鍵溫度參數(shù)，從表中可以看出再生溫度要求穩(wěn)定在196℃～199℃之間，但在現(xiàn)場運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，溫度會上下波動(dòng)，而且波動(dòng)較大，造成貧液濃度不足，脫水效果差。通過對現(xiàn)場設(shè)備的檢查發(fā)現(xiàn)燃燒機(jī)的點(diǎn)火電極積碳多，燃燒機(jī)在自動(dòng)點(diǎn)火時(shí)常常出現(xiàn)不能自動(dòng)啟動(dòng)的現(xiàn)象。

表2 再生設(shè)備的關(guān)鍵溫度參數(shù)

4 改進(jìn)措施

4.1 降低三甘醇損耗的措施

（1）加強(qiáng)進(jìn)入吸收塔前原料氣的預(yù)處理，提高原料氣的潔凈度。改進(jìn)煤層氣進(jìn)脫水設(shè)備前的過濾分離設(shè)備，提高過濾精度及捕霧網(wǎng)的捕集能力。設(shè)備運(yùn)行時(shí)定期測定pH值，添加pH調(diào)節(jié)劑。

（2）由于目前三甘醇貧/富液換熱是使用盤管換熱器進(jìn)行換熱，換熱效率低，建議把貧/富液換熱器更換為板式換熱器。板式換熱器具有體積小、換熱系數(shù)高、重量輕等特點(diǎn)，可一次將熱量充分換熱，確保進(jìn)循環(huán)泵溫度在50℃～60℃之間。通過進(jìn)脫水塔前的套管換熱器進(jìn)一步將三甘醇貧液溫度降低至40～45℃之間，確保脫水效果和降低三甘醇損耗。

（3）定期對脫水設(shè)備進(jìn)行檢修，杜絕三甘醇“跑、冒、漏、滴”現(xiàn)象發(fā)生。

4.2 保證三甘醇脫水效果的措施

（1）三甘醇循環(huán)泵及貧液進(jìn)塔管線每套裝置專用。目前現(xiàn)場設(shè)置有4臺三甘醇增壓循環(huán)泵，可每套裝置2臺（一用一備），將泵出口至進(jìn)塔貧液管線分開，各自單獨(dú)運(yùn)行，可確保每座脫水塔的甘醇量。但由于目前煤層氣-三甘醇貧液換熱器只有一臺，建議暫時(shí)隔離不用，在每座脫水塔頂煤層氣管線上各自增設(shè)一臺套管換熱器即可，即可確保進(jìn)塔三甘醇的溫度在適當(dāng)范圍。同時(shí)檢修甘醇循環(huán)泵，確保排量達(dá)到設(shè)計(jì)值。

（2）對所有設(shè)備進(jìn)行定期的檢查、維護(hù)、保養(yǎng)，對以前出現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)。發(fā)現(xiàn)小的問題時(shí)要及時(shí)地理，保證設(shè)備的完好、運(yùn)行正常。

5 結(jié)論

（1）在脫水裝置運(yùn)行過程中，應(yīng)對運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測和控制。定期對脫水裝置進(jìn)行停運(yùn)檢修，消除設(shè)備運(yùn)行中可能出現(xiàn)的隱患。

（2）在脫水站運(yùn)行過程中，加強(qiáng)對脫水前原料氣的預(yù)處理尤為重要，在條件允許的情況下，可在原料氣進(jìn)入脫水裝置前加裝一套除塵設(shè)備，以減少進(jìn)入脫水裝置粉塵、油污和機(jī)械雜質(zhì)的含量。

（3）要保證三甘醇脫水設(shè)備的脫水效果，重要的是保證三甘醇貧液的濃度和貧液進(jìn)吸收塔的流量。