儲氣庫乙二醇再生系統(tǒng)研究與應用

尹凱占(中國石油大港油田集團天津儲氣庫分公司，天津 300270)

0 引言

乙二醇再生系統(tǒng)在化工裝置中廣泛運用，工藝成熟。理想的乙二醇系統(tǒng)運行是在保證露點裝置有效防凍的同時，實現(xiàn)物料的進出平衡。但在儲氣庫采氣生產(chǎn)中，因不能提供一種平穩(wěn)的工況，給乙二醇系統(tǒng)的平穩(wěn)運行帶來較多的困難。

文章以板876儲氣庫露點裝置乙二醇再生系統(tǒng)為例來進行說明。在甲醇與貧乙二醇混注甘醇霧化器，低溫分離器內混有大量甲醇，甲醇的存在，不緊拉低了乙二醇富液比重也影響醇烴分離，同時低沸點的甲醇進入再生釜，易形成泛液現(xiàn)象造成乙二醇攜帶損失，該問題極大制約了儲氣庫的優(yōu)化運行。乙二醇再生系統(tǒng)優(yōu)化運行的研究和應用，不僅可節(jié)省甲醇、乙二醇等物料消耗，同時對我國其它儲氣庫的生產(chǎn)運行管理具有一定的借鑒作用。

1 工藝流程簡介

板876儲氣庫建設投產(chǎn)于2002年3月10日，采用J—T閥節(jié)流膨脹制冷工藝進行天然氣脫水處理。通過節(jié)流降壓控制適當?shù)臏囟龋瑥亩@得水烴露點均滿足外輸要求的天然氣。但是在經(jīng)過J—T閥節(jié)流制冷后，天然氣的溫度急劇下降(可達-18 ℃)，為了防止含有飽和水的天然氣隨溫度的降低而形成水合物，在天然氣預冷前須注入水合物抑制劑，儲氣庫選用乙二醇作為抑制劑循環(huán)利用。

圖1為板876儲氣庫露點裝置乙二醇再生系統(tǒng)流程示意圖。從三相低溫分離器(V-G1003)水相收集得富乙二醇壓力為5.2 MPa，經(jīng)過導熱油加熱溫度為5 ℃。由調節(jié)閥(LV-G1166)來實現(xiàn)液位控制，流經(jīng)籃式過濾器(F-1)后去再生塔(T-G2001)上部的回流冷卻器(H)做冷源，換熱至28 ℃后進入再生塔下部的貧富液換熱罐(V-G2001)加熱至70 ℃，目的是汽化乳化輕烴，同時易于水分蒸發(fā)。

從V-G2001出來的72 ℃的乙二醇直接到閃蒸器(V-G2002)中閃蒸，閃蒸壓力為0.2 MPa。這時，流體溫度高于該壓力下的沸點，流體在閃蒸分離器中迅速沸騰汽化，從而達到物料蒸發(fā)的目的。除去烴后的富乙二醇在液位調節(jié)閥(LV-G2012)的控制下，使液位保持在200 mm處，余下的富乙二醇直接進入再生塔(T-G2001)進行再生。

乙二醇再生塔(T-G2001)為填料式精餾塔，乙二醇再生塔從中部進料，由一個方環(huán)型槽式分配器使富乙二醇均勻進料，下降時與上升的氣體逆向接觸，使氣相中的部分貧乙二醇被洗下，富乙二醇中的水分相應被提出。富乙二醇落入再生釜(H-G2001)后，由熱媒爐加熱器加熱到115 ℃，使富乙二醇中大部分水汽化，并攜帶部分貧乙二醇上升，在提餾段填料中與進料逆向接觸而被吸收。蒸汽繼續(xù)上升，在精餾段填料中與冷卻回流接觸，溫度逐漸下降，升至冷卻器(H)時部分氣體被冷卻，整個溫度達到92 ℃，冷卻后的液體作為回流(大部分為貧乙二醇)沉降，重新與上升的蒸汽接觸吸收其攜帶的貧乙二醇，與進料一起返回到再生釜(H-G2001)，頂部水蒸汽則排入閉式排放罐。

H-G2001中的貧乙二醇經(jīng)過溢流板連通管流到下部貧富液換熱罐(V-G2001) 中，此時貧乙二醇濃度為 65%以上，流經(jīng)貧液冷卻器(E-G2001)由96 ℃降至38 ℃，經(jīng)P-G2001A/B抽出升壓至6.2 MPa，從甘醇霧化器(W-G1001)注入天然氣中，注入的貧乙二醇在霧化吸水后與天然氣一起到低溫分離器(V-G1003)，沉降到底部后與烴在分離。為防止低溫下醇烴不能有效分層，設立了加熱調節(jié)閥(TV-06223)，經(jīng)加熱分層后重新做為富乙二醇去再生。這樣，就形成了循環(huán)使用過程。

圖1 板876儲氣庫露點裝置乙二醇再生系統(tǒng)流程示意圖

2 乙二醇再生系統(tǒng)研究與應用

2.1 控制思路

為保證乙二醇系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運行，結合以往運行經(jīng)驗，整個運行期間我們堅持以保證貧乙二醇濃度為基礎，根據(jù)氣量凝析水量配產(chǎn)泵量，整個采氣期我們根據(jù)貧、富乙二醇濃度變化調整再生溫度以保證防凍效果為目的，通過調整實現(xiàn)進出料平衡。

2.2 采氣前準備

2020年采氣前，站內組織學習統(tǒng)一認識，制定每日貧、富乙二醇濃度檢測制度，同時根據(jù)乙二醇溶液冰點圖(如圖2所示)，選定貧乙二醇體積濃度65%為控制基礎，使乙二醇始終保持在非結晶區(qū)。

圖2 乙二醇溶液冰點圖

如圖2所示繪制了更為精確詳細的乙二醇濃度與冰點關系曲線圖(如圖3所示)，為濃度檢測分析工作奠定了良好的基礎。

圖3 乙二醇濃度與冰點關系曲線圖

2.3 改變注醇方式

2019年之前采氣我站采取甲醇、乙二醇混注方式運行，低溫分離器內混有大量甲醇。甲醇的存在，一方面拉低了富乙二醇比重影響醇烴分離，另一方面低沸點的甲醇進入再生釜，易形成泛液現(xiàn)象造成乙二醇攜帶損失。所以2020年我們改為單注貧乙二醇，同時為防止再生釜蒸發(fā)量過大造成攜帶，參照乙二醇濃度沸點對應表(如表1所示)，選定了相對較低的115 ℃為再生初始溫度[1]。

2.4 再生釜溫度控制原則

再生釜溫度是決定水汽的蒸發(fā)量和控制系統(tǒng)物料進出平衡的主要參數(shù)。在系統(tǒng)整個運行控制中為保證下游防凍效果，我們堅持以65%的貧乙二醇濃度為控制基礎，根據(jù)每日貧、富乙二醇濃度變化情況及時對再生釜溫度進行調整，通過再生釜溫度的調整使貧、富乙二醇濃度保持穩(wěn)定，從而實現(xiàn)系統(tǒng)進出料平衡。運行期間，再生釜溫度根據(jù)工況控制在115～125 ℃之間，貧乙二醇濃度始終保持在65%以上，富乙二醇濃度穩(wěn)定在45%～60%之間。

表1 乙二醇濃度沸點對應表(數(shù)據(jù)來源ASHRAE手冊(2005)版)

2.5 乙二醇泵量及時合理調整

根據(jù)采氣量及凝析水量配產(chǎn)泵量，貧乙二醇的注入量取決于制冷系統(tǒng)內凝析水量，而凝析水量由氣量、進出站壓差及溫降決定。采氣初期制冷系統(tǒng)凝析水量變化不明顯，傳統(tǒng)的氣醇配比每百萬方天然氣注入80升貧乙二醇可滿足防凍要求。但運行期間，由于進站溫度不斷上升、進站壓力不斷下降，在同等出站壓力和露點溫度下，致使凝析水量大幅增加，傳統(tǒng)的配比方式已不能滿足防凍要求。當進站溫度升至20 ℃以上、進站壓力由6.2 MPa下降至5.8 MPa時，管殼換熱器壓差出現(xiàn)緩慢上漲趨勢，乙二醇防凍效果開始減弱，150萬方氣量下我們逐步將泵量由37.5%提升至55%以保證防凍效果，即每百萬方天然氣注入量由80升提至117.3升[2]。

2.6 液位控制合理設定

乙二醇再生系統(tǒng)液位控制主要包括低溫分離器、閃蒸分離器及再生釜三部分，合理的液位設定不僅有利于系統(tǒng)穩(wěn)定，同時可在一定程度上降低乙二醇的附加損失。

2.6.1 低溫分離器液位設定

低溫分離器水相一次堰板為1 000 mm、二次堰板760 mm、油相堰板800 mm，通過換算可得當水相遠傳液位高于60%時會出現(xiàn)水翻油現(xiàn)象，同時結合實際運行情況，當氣量提產(chǎn)或J-T閥切換操作時，分離器液位波動最高可上漲10%左右，為避免分離器出現(xiàn)富乙二醇附加損失，我們將低溫分離器液位控制在45%以下。

2.6.2 閃蒸分離器液位設定

閃蒸分離器原理就是讓高壓高溫流體經(jīng)過減壓，使其沸點降低，再進入閃蒸分離器，這時，流體溫度高于該壓力下的沸點。流體在閃蒸分離器中迅速沸騰氣化，從而達到物料蒸發(fā)的目的。運行期間，分離器留出充足空間有效分離低沸點烴化物，因此將閃蒸分離器液位控制在30%～40%之間[3]。

2.6.3 再生釜液位設定

再生釜溢流板為550 mm、液位計總長600 mm，液位計底部距離罐底100 mm，通過換算可得當液位高于75%時，溢流板兩側連通。出現(xiàn)連通情況時，會造成部分未充分蒸餾提純的富乙二醇直接進入貧富液換熱罐通過注醇泵直接進入下游管道，無法保證其防凍效果。同時考慮補充乙二醇時再生釜需持續(xù)進料，為保證貧富液換熱罐內留有足夠空間，我們將液位控制在40%～45%之間。

2.7 乙二醇再生系統(tǒng)獨立運行

乙二醇再生系統(tǒng)于2020年12月5日投用，2021年2月7日停運，累計運行64天。運行期間，采用貧乙二醇單注甘醇霧化器，替代以往貧乙二醇與甲醇混注運行方式。根據(jù)板876儲氣庫氣藏井流物較少，進站溫度較低的特點，將再生釜溫度控制在115～125 ℃之間，貧乙二醇始終保持在65%以上，富乙二醇濃度穩(wěn)定在45%～60%之間(如圖4所示)，通過合理的貧乙二醇與天然氣量的配比，保證了良好的防凍效果。采氣期間，未出現(xiàn)一次凍堵情況，順利實現(xiàn)了歷年首次全程獨立運行[4]。

圖4 乙二醇再生系統(tǒng)運行參數(shù)

2.8 醇類消耗統(tǒng)計

2020年較2019年采氣期，甲醇減少消耗25.9噸，乙二醇減少消耗1.61噸，合計減少醇類消耗27.51噸(如表2所示)。

表2 醇類消耗統(tǒng)計表

3 結語

乙二醇再生系統(tǒng)是保障露點裝置正常運行的決定性因素，通過對乙二醇再生系統(tǒng)的研究與應用，實現(xiàn)了乙二醇系統(tǒng)的獨立運行，并且保障了露點裝置的安全平穩(wěn)生產(chǎn)。 同時，有效降低了甲醇與乙二醇的消耗量，為今后的采氣生產(chǎn)奠定了良好的基礎。