某氣田三甘醇損耗量優化研究與解堵清污創新實踐

陶學偉

（中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200335）

1 研究背景

某氣田采用三甘醇溶劑吸收法對天然氣進行脫水，設有兩套單獨的天然氣脫水系統和相應的三甘醇再生系統，天然氣設計處理能力為500 萬m3/d。投產初期，天然氣脫水系統三甘醇損耗量較高，極大增加生產成本；臺風關斷后平臺黑啟動，甘醇系統投用后發生堵塞故障。

通過對氣田天然氣脫水及三甘醇再生工藝流程進行技術分析，根據現場實際生產工況，利用創新思路，實現以下兩個目標：

1）通過優化再沸爐工藝參數，減小溫度波動范圍以及對循環泵出口流程實施改造，輔助調節循環泵排量兩種方法來減少三甘醇損耗量；

2）實施加熱熔化排烴替代傳統開罐清污創新實踐，完成流程解堵和循環排烴工作，恢復設備可用狀態。

2 損耗量優化研究

2.1 優化再沸爐溫度參數

2.1.1 再沸器溫度參數優化方法

再沸器溫度是保證三甘醇再生的關鍵參數[1]，溫度過高三甘醇分解，溫度過低三甘醇再生效果差。

優化前再沸器操作溫度在185～210 ℃之間波動，該波動范圍較大，溫度無法控制在±5 ℃。分析溫度不穩定的主要因素是加熱爐熱油溫控閥TV-4810的PID 參數設置不合理，PID 數學表達式為式（1）：

式中：KP為比例度，TI為積分時間，TD為微分時間，合理選擇KP、TI、TD三個參數，使再沸器實際溫度接近優化后操作溫度，才能控制好再生效果及減少甘醇損失。現場組織開展溫度優化措施步驟如下：

第一步：檢查調節閥是否故障，現場進行調節閥的行程測試，結果測試正常說明調節閥沒有問題。

第二步：進行PID 的調節，緩慢調節KP、TI、TD三個參數使再溫度接近優化溫度；

第三步：在滿足脫水效果的前提下，應盡量降低三甘醇再沸器溫度設點，經過現場反復摸索試驗，將再沸器的溫波動范圍由185～210 ℃優化調整為192～196 ℃。

2.1.2 參數優化前后溫度對比

宋代嚴羽在《滄浪詩話》中說：“詩有別趣，非關理也。”從心理學角度講，人的情感達到一定強度，理性的認識和判斷便會減弱。當情感進一步加強，達到臨界點時，人便進入一種物我融合、主客一體、亦真亦幻、不辨真假、美丑不分的心理狀態。這大概就是“無理”產生的心理原因。“反常”是詩的魅力所在，“合道”是一種理解方式，而不同的讀者會根據自身的經驗閱歷，產生獨特的審美感受，盡管“道”不盡相同，“合道”卻是公認的。

由再沸爐溫度變化曲線（圖1）可知，自2020 年3 月1 日對再沸爐溫控閥TV-4810 PID 參數調節后，再沸爐溫度波動范圍明顯減小，溫度波動范圍控制在±4 ℃，經驗證該溫度滿足脫水效果。

圖1 再沸爐溫度變化曲線圖

2.2 循環泵出口回流管線改造

2.2.1 回流管線改造方法

通過對循環泵出口回流管線進行改造，在循環泵出口增加一條回流管線，可達到降低三甘醇循環量的目的。經過對三甘醇循環泵的實際排量進行計量，發現泵的排量偏大，最大循環量可達7 m3，即使在回流截止閥全開的情況下，泵的實際最低循環量仍然可達4 m3/h，遠大于設計循環量2.2 m3/h，而流量計是經過標定和檢測的，流量計不存在偏差，說明泵的選型有問題，泵的排量跟回流量是不匹配的。因此提出在循環泵出口增加回流管線，通過回流管線上針閥與截止閥對循環量進行輔助調節，使循環量達到2.2 m3/h以下。

2.2.2 改造前后循環量對比

自2020 年3 月22 日對循環泵出口回流管線進行改造后，甘醇循環量明顯變小，循環量控制在2 m3/h上下，經驗證該循環量滿足脫水效果，通過試驗，該改造方法可有效調節三甘醇循環量，使甘醇循環量問題得以解決。

3 措施前后甘醇損耗量比對

3.1 措施前損耗量

三甘醇再生系統調試完成后，在廠家給定的參數下試運行一個月，得出甘醇損耗如下，見表1。

表1 投產初期三甘醇損耗量統計

如表1 所示，平臺投產運行第一個月的三甘醇損耗量達到3 600 L。第一個月的天然氣處理量為4 497 萬m3。第一個月的三甘醇綜合損耗量為3 600/44.97=80.1 L/106m3。而根據廠家提供的技術數據，三甘醇的損耗量應小于13 L/106m3。

3.2 措施后損耗量

對上述提到再沸器溫度及甘醇循環量優化調整后，平穩運行一個季度，得出甘醇損耗見表2。

表2 參數優化后平臺三甘醇損耗量統計

如表2 所示，該季度累計添加三甘醇1 200 L，該季度的天然氣處理量為13 512 萬m3。該季度的三甘醇綜合損耗量為1 200/135.12=8.88L/106m3，低于推薦的三甘醇損耗量，甘醇損耗量降至投產初期的11%，降損效果明顯，極大降低了平臺的生產操作成本。

4 解堵清污創新實踐

4.1 堵塞現象

臺風關斷后平臺黑啟動，流程恢復后投用再生A列，啟動甘醇循環泵建立循環。啟泵半小時后，中控人員發現：再沸器液位持續上漲，甘醇緩沖罐液位持續下降，再生A 列甘醇不能建立正常的循環。現場隨即停泵，停泵后發現再沸器液位又逐步下降，緩沖罐液位緩慢上漲。現場人員立即查找問題，發現現場流程暢通，泵回流開度固定未變，調節閥也無問題。現場人員對再沸器下游管線及換熱器排放口取樣發現甘醇清澈無異常，調大泵出口回流量仍然無法解決問題，再沸器液位仍然持續上漲。隨后現場拆解管線發現較多瀝青狀物質，貧富甘醇換熱器及前后管線全部堵塞，反向注水、注氣均無法使堵塞物松動；取樣檢驗該物質高溫可熔，未充分攪拌與油水均不互溶。

4.2 堵塞物成分分析

針對此種堵塞物，利用平臺實驗室條件進行初步化驗和比對分析。

1）外觀及性狀：取堵塞物樣品，在室溫下為軟膠狀固體形態。目測呈黑色，仔細辨別，可發現有灰白色、半透明蠟狀色澤，手觸有滑膩感。用溫箱進行不同溫度下熔化試驗，判斷熔點（傾點）約46 ℃，在高于46 ℃環境呈液態；

2）互溶性試驗：分別用淡水、三甘醇、柴油、原油、四氯化碳、石油醚等溶劑進行互溶實驗，發現該物質不溶于水溶于油，屬油溶性：

3）加熱沸騰試驗：將少量樣品放入燒瓶進行加熱試驗。樣品加熱半小時后，溫度達到180 ℃，燒瓶內熔化的物質未見有顏色、性狀的變化。將溫度提高至190 ℃加熱30 min，瓶內液體仍無明顯變化。后分別加熱至200 ℃、220 ℃，樣品無沸騰、無結焦現象。

從化驗結果可以判斷：該堵塞物不溶于水溶于油，屬油溶性，熔點為40 ℃，高溫下不揮發，因此化驗判斷其為蠟質重烴。

4.3 堵塞原因分析

1）當脫水塔A/B 列切換及關斷再啟動時，造成入口過濾分離器液位控制不穩定，導致天然氣中烴類物質進入脫水塔[2]，烴類物質經過脫水塔進入三甘醇再生系統，三甘醇系統偶爾會出現液位上漲情況；

2）再生A 列閃蒸罐油槽存在設計缺陷，罐體液位高度設點為600 mm，而油槽堰板高度在700 mm 左右。閃蒸罐液位設點為350 mm，通過摸索發現液位在600 mm 以內，撇油槽液位控制閥LV-4801 保持關閉狀態，閃蒸罐根本沒有撇烴效果，如果液位過高又會導致甘醇進入油槽；

3）當烴類進入再沸爐后被加熱到近200 ℃，閃蒸后不再氣化的烴類重組分（蠟質和瀝青質）殘留在再沸爐內聚集，積少成多，然后通過再沸爐流到下游換熱器，停產后溫度恢復到環境溫度，重烴在換熱器內凝固進而導致流程循環不暢。

4.4 創新解堵方法

確認堵塞物性質后，現場分析判定整個再生系統及脫水塔內部均有重烴固化積聚的情況[3]，常規做法開罐清污工程難度大、成本費用高。在分析討論后，現場制定了以熱水為媒，向再沸器中加注淡水，利用再沸器加熱爐對淡水進行加熱，給系統建立熱水系統循環，利用熱水的高溫融化回收各罐內已存在的固態重烴的方案。作業期間現場實現各容器重烴融化回收600 L，回收利用罐內殘留三甘醇1 000 L，以近乎為零的成本投入，高效完成系統清污工作。

5 結語

三甘醇脫水及再生系統是天然氣處理工藝的核心，降低三甘醇的損耗量，可以大幅減少氣田生產成本節約；采取創新解堵方法，以零成本的投入迅速、高效地完成解堵，可在最短的時間內恢復系統平穩運行。該項目的成功實施，既創利增效又可以高效完成故障處理，為海上設施類似問題的解決提供了科學的思路參考，具有極大的推廣和借鑒意義。