乙二醇溶液脫鹽系統中精細化工藝控制的應用

摘 " " "要： 乙二醇回收裝置通過對富液進行脫除輕烴、二價鹽、水及脫鹽后重新回注至水下，作為保障深水油氣田流動安全的關鍵技術之一被廣泛地應用于天然氣田的開發生產中。其中乙二醇脫鹽系統是保證該裝置正常運行的關鍵系統，該系統自動控制方案的可靠性和穩定性關系到整個深水氣田的安全運行，對氣田開發顯得尤為重要。根據國內僅有的幾套脫鹽單元運行經驗的積累，對脫鹽單元的復雜工藝控制進行了介紹，為以后的操作和研究積累了豐富的經驗，為設備和工藝的國產化、智能化奠定了一定的理論基礎。

關 "鍵 "詞：乙二醇；回收；脫鹽系統；工藝控制；自動化

中圖分類號：TQ028.5+4 " " "文獻標識碼： A " " 文章編號： 1004-0935（2023）07-0992-04

深水氣田開發中，為了保障海管流動性安全，需要向海管內注入抑制劑以防止水合物的形成。常用的抑制劑有甲醇、乙二醇，為了降低開發成本多采用可回收的乙二醇作為抑制劑，為此在中心平臺會配置一套乙二醇回收裝置（MRU）[1]。乙二醇回收技術經過數十年的發展，已經由最初的僅脫水更新到目前的集脫烴、二價鹽、水及一價鹽為一體的較成熟的技術，但由于其復雜性，該技術只掌握在Cameron、Aker Solutions、CCR、COMART等少數幾個外國公司中[2]，國內并沒有成功運營的經驗可以借鑒。由于沒有成熟的運行經驗，國內也并無相關技術研究，目前國內運行的幾套含脫鹽的MRU均采用國外的進口設備，費用昂貴，使得在設計、制造和運行上均受制于人[1]。

深水氣田水下井口距離中心平臺一般在幾十公里，水合物形成風險很高，抑制劑的連續注入是防止水合物形成的關鍵因素，若乙二醇停注，水下生產系統必須關停，將直接導致上百萬的經濟損失，可見MRU的穩定運行的重要性，而脫鹽作為MRU的關鍵系統，其穩定運行直接關系著水下生產系統的正常運行。

1 "乙二醇脫鹽工藝

乙二醇脫鹽的基本原理是在真空條件下蒸發來液中的乙二醇，使一價鹽結晶析出[3]。其基本工藝流程見圖1。含鹽乙二醇溶液進入閃蒸分離器后，通過脫鹽循環泵強制循環加熱，使得溶液中的乙二醇由液態轉變為氣態，再通過配套的真空系統產生的抽吸作用，將氣態的乙二醇抽出閃蒸分離器，經過真空冷凝器冷凝后回收。閃蒸析出的一價鹽晶體在重力作用下逐步向下移動，沉降到閃蒸分離器底部長6 m的降液管中，最終聚集在鹽罐中，鹽罐和降液管里充滿飽和鹽水，其密度比乙二醇大，可在乙二醇和鹽水層之間形成清晰的分界面。一價鹽在降液管中下降時，從乙二醇層下降到鹽水層，可極大地減少進入鹽罐的乙二醇含量。進入鹽罐的鹽泥再由鹽泵輸送至離心機進行固液分離，分離后的鹽顆粒經過鹽溶解罐進入生產水處理系統，離心出的乙二醇溶液返回閃蒸分離器，達到回收乙二醇的 "目的。

2 "液位與溫度的聯鎖控制

脫鹽閃蒸分離器工藝控制示意圖如圖2 所示，分離器入口流量受流量控制閥FV控制，脫鹽閃蒸分離器液位由L1、L2同時監測，L1作ESD關斷信號使用，L2作控制信號使用。脫鹽閃蒸分離器溫度由T1、T2同時監測，T1作ESD關斷信號使用，T2作控制信號使用。T3、T4監測加熱后的乙二醇溫度，T4作ESD關斷信號，T3作控制信號使用。

脫鹽閃蒸分離器液位由L1監測，其信號一路傳至FV，與入口流量計FT的控制器同時控制FV的開度，當L1監測液位達到LAH設點時，入口FV將被程序置于override模式，閥門處于全關狀態，直到L1液位降至LAH以下，FV恢復正常控制邏輯；一路傳送至溫差控制器TDIC，控制TDIC的設點，此時TDIC將根據設點和采集到的T2與T3的溫差進行PID運算，并將運算結果1傳送給低選控制器，同時T3控制器將根據T3監測點和T3實際設點進行PID運算，并將運算結果2傳送給低選控制器，低選控制器將對運算結果1和結果2進行比對，將輸出信號低的結果作為控制信號傳送至溫度控制閥TV進行實際控制，從而完成液位及溫度的聯鎖 " 控制。

所有的控制器有程序和自動控制兩種模式， FIC48530為上述FV的控制器，在控制模塊中PV為輸入設點自動控制，SP Prog程序控制，在初始啟動時可將控制器置于自動控制模式，此時所有的執行機構僅受其臨近的控制器控制，如FV只受流量控制器控制，TV只受溫差控制器或者溫度控制器控制，當系統啟動完成后，可將控制程序切換至程序控制，此時將投用上述的聯鎖控制。

3 "脫鹽循環泵轉速的調節

為了減緩脫鹽循環加熱器的結垢速率，一方面采用了具有自沖洗、熱通量大、高流速的螺旋式加熱器，并控制加熱器乙二醇進出口溫差在10 ℃以內，一方面采用外部循環加熱的方式對上游來液進行加熱閃蒸。由于脫鹽閃蒸分離器底部的乙二醇質量分數高達99%，氯化鈉處于過飽和狀態，結晶析出的鹽顆粒占比3%（質量分數）。因此必須以高流速來提供足夠的熱量來閃蒸乙二醇，一般控制循環量和乙二醇進料比在50∶1以上[3-4]。

為了保證足夠的循環量，脫鹽循環泵的排量一般在每小時幾百立方米，為了降低能耗同時提高電機保護等級，多采用變頻驅動。脫鹽循環泵控制邏輯示意圖如圖3所示，P1監測泵入口壓力，P2、P3同時監測泵出口壓力，P2做ESD關斷信號輸出，壓差控制器PDIC同時獲取P1和P3的模擬信號，并根據PDIC進行計算輸出轉速設點至變頻器，從而控制現場馬達的轉速以保證循環量穩定不變。

以南海某平臺脫鹽系統為例，該平臺設計循環量與進料比為57∶1，泵的循環量達到400 m3·h-1，脫鹽循環泵由變頻器控制馬達轉速，泵出口壓力PAL/SP/PAH分別為2.5 bar/3.25 bar/3.75 bar，為防止泵下游加熱器結垢引起循環量降低，基于泵的流量特性曲線（如圖4所示）通過壓差控制器PDIC提供所需的轉速設點。轉速計算公式如式（1）所示。

S=191.18DP + 789.51。 " " "（1）

4 "降液管界面的控制

為了追蹤乙二醇在降液管中的位置，在降液管上設置有5個電導率儀，通過程序控制或者人為干預防止乙二醇達到鹽罐，同時也防止飽和鹽水進入脫鹽閃蒸分離器，所有的AT數據在1～20 mS·cm-1，表示飽和了鹽的乙二醇，數據在200～300 mS·cm-1，表示飽和了鹽的鹽水[5-6]。電導率儀的控制功能如 "表1所示。

在鹽罐下游設置有一臺離心機，以便于回收乙二醇和控制降液管界面，控制邏輯可以在無離心機狀態下自動運行，也可以在有離心機的狀態下自動運行[7]。

在離心機故障時將觸發無離心機時排鹽控制程序，FQIC-48533的設定點可以被調節來配合鹽產量，以維持鹽罐內的密度，輸送到鹽溶解罐的鹽 " 水/鹽的漿液的液量用于平衡回流水加入到鹽罐的液量，直到AT-48534測得的密度達到預定的低設定點。鹽水/鹽的漿液繼續通過鹽泵進行內部循環，直到密度分析儀AT-48534觸發下一批次進料，從而穩定降液管中的分界面。

在有離心機時，當信號觸發排鹽程序，FQIC-48533的設定點可以被調節來配合鹽產量，以維持鹽罐內密度。加入的水會溶解鹽罐內的一部分鹽轉換為鹽水，從而推動降液管內的含鹽MEG向上進入脫鹽閃蒸罐。如果加入太多水，AT-1測得的電導率太高，此時AT-1的信號會覆蓋FQIC-48533信號，使FV-48533和XV-48600關閉。

此后，離心機進料閥SDV-48583開，且循環閥XV-48576關，直到離心機進料限制器停止進料或預先設定的進料時間達到，或AT-48534測定的密度達到預先確定的停止設定點。離心機進料閥SDV-48583關閉，且循環閥XV-48576打開。離心機自動運轉它剩余的循環步驟，以準備下一批進料。脫鹽系統再次通過打開XV48600和FV48533加入預先設定好的回流水量，以平衡脫鹽罐內的液位降，從而穩定降液管內的分界面[8-9]。

5 "結 論

本文介紹的乙二醇脫鹽系統工藝參數的設計與控制是深水氣田開發工作運行經驗的積累，通過以上工藝控制方案，很大程度提高脫鹽系統的可靠性和安全性，保證乙二醇回收裝置的穩定運行，降低深水氣田開發和運維的風險。經過已有項目的長時間運行實踐結果證實，以上控制方案成熟可靠，具有較大的推廣意義。同時，為以后的操作和技術研究積累了豐富的經驗，彌補了國內技術在此領域的空白。

參考文獻：

［1］郝蘊，周曉紅.南海深水氣田群番禺34-1CEP平臺乙二醇再生脫鹽系統工藝設計[J].中國海上油氣，2014，26（4）：91-95.

［2］劉康，賀三，劉曉明，等.基于粒度分布的MRU脫鹽閃蒸罐工藝參數優選[J].石油與天然氣化工，2016，45（1）：42-45．

［3］王正勇，李文英，劉玉軍，等.某深水氣田乙二醇脫鹽系統影響因素分析與措施[J].油氣田地面工程，2019，38（4）：53-57.

［4］李翔. 海上平臺乙二醇回收系統中閃蒸罐內件優化設計研究[D].成都：西南石油大學，2015．

［5］劉陽. 乙二醇脫鹽閃蒸分離器中氯化鈉的結晶過程研究[D].成都：西南石油大學，2016．

［6］徐兆立. 氯化鈉在乙二醇溶液中結晶動力學的研究[D].成都：西南石油大學，2015．

［7］張嬌. DCS控制系統在MEG再生及回收過程中的應用研究[D].成都：西南石油大學，2015.

［8］張倩，周曉紅，朱海山，等.PBHY油氣田乙二醇再生脫鹽工藝模擬計算[J].石油和化工設備，2018，21（8）：30-34.

［9］梁羽，賀三，林林，等.乙二醇溶液中高溶解度鹽脫除工藝模擬[J].石油與天然氣化工，2015，44（5）：77-81.

Application of Fine Process Control in Glycol

Solution Desalination System

YANG Ye， YANG Yong， DU Yang-yang， LI Chun-hui

（CNOOC Shenzhen Branch， Shenzhen Guangdong 518000， China）

Abstract： "Glycol recovery unit is widely used in the development and production of natural gas fields as one of the key technologies to ensure the flow safety of deep-water oil and gas fields by removing light hydrocarbon， bivalent salt， water and desalting the rich liquid and then re-injecting it underwater. Among them， glycol desalination system is the key system to ensure the normal operation of the device. The reliability and stability of the automatic control scheme of the system is related to the safe operation of the whole deep water gas field， which is particularly important for gas field development. Based on the operation experience accumulation of only two sets of desalting units in China， the complex process control of desalting unit was introduced， providing rich experience for later operation and research， and laying a theoretical foundation for the localization and intelligence of equipment and process.

Key words： Glycol; Recovery; Desalination system; Process control; Automation