某海上油田壓縮機入口氣液分離工藝改造方案及實施效果

朱建才

中海石油（中國）有限公司天津分公司遼東作業公司 天津 300452

0 引 言

通常天然氣中含有水蒸氣、固體顆粒等雜質，天然氣在工藝處理和輸送過程中會形成冷凝液，若不進行有效處理，會造成閥門及管道堵塞、壓縮機內部腔室積液等事故，在經濟和安全生產方面影響重大，所以在油氣田開發生產與集輸過程中，天然氣脫水處理是一個重要環節。本文以某海上油田為例，通過對該油田的壓縮機系統生產工藝流程進行分析，結合目前現有的天然氣脫液技術特點，選用適用于該油田的技術裝置，對該油田中壓壓縮機機組入口流程進行改造，在機組前新增一臺氣液高效滌氣裝置，對壓縮天然氣中攜帶的大部分水和液烴進行有效脫除，消除在生產過程中出現的安全隱患。

1 現有天然氣脫液技術簡介

目前，常見的天然氣脫水方法主要有溶劑吸收法、固體吸附法、低溫分離法、膜分離法等［1-2］，各分離方法的原理介紹如下。

溶劑吸收法：根據氣體中各組分在脫水溶劑中的溶解度不同（脫水溶劑對各組分的吸收能力存在差異）使氣體各組分實現分離的方法。常見的溶劑主要有乙二醇（EG）、二甘醇（DEG）、三甘醇（TEG）等，其中三甘醇熱穩定性好、易再生，優點顯著，因此被廣泛應用于工業生產［3］。

固體吸附法：指利用固體吸附劑對氣體中各組分吸附能力的差異，以實現氣體中各組分分離。固體吸附法雖然在氣體分離領域中得到較多應用，但工藝流程復雜、能耗高，其投資成本和操作費用相對較高［4］。

低溫分離法（又稱冷凝分離法）：利用氣體中各組分液化溫度的差異，在一定壓力條件下，將氣體溫度降低至露點溫度以下，使其中水分凝結為液體，以實現氣液分離。該方法在應用中因需要配置相應制冷設備，提高了投資成本和操作費用［5］。

膜分離法：根據氣體中各組分透過膜時滲透率不同的特點，通過壓力驅動使氣體各組分發生分離［6-8］。

旋流脫液法（又稱離心分離法）：氣體各組分通過高速旋轉，在離心力作用下實現氣液分離。

重力沉降法：氣體各組分在重力作用下，使氣體中輕組分上升，重組分沉降，達到氣液分離的效果。

折流分離法（又稱慣性分離法）：根據氣液之間的密度差異。混合氣體在流動時，若遇到障礙物阻擋，氣體會折流而走，而氣體中的液滴等顆粒由于慣性作用繼續向前，與障礙物發生碰撞，并附著在阻擋壁面上，在重力作用下向下沉積匯集。

過濾分離法：通過過濾裝置，對氣體進行過濾，使氣體中的液滴等顆粒從中分離出來［9］。

在實際應用中，由于各分離方法均存在優缺點，常會聯合幾種分離方法同時運用，各分離方法的優缺點詳見表1。

表1 天然氣脫液技術優缺點對比表Tab.1 Comparison of advantages and disadvantages of natural gas dehydration technology

2 氣液分離工藝改造方案

結合海上油田現場空間緊張、不易操作等實際工況，在工藝改造過程中選取一種綜合運用多種分離方法的裝置，其中包括折流分離法、旋流脫液法、過濾分離法，對不同粒徑的液滴逐步進行分級處理，彌補各分離技術之間存在的缺陷，從而提高氣液分離裝置的處理效果，顯著提升該分離裝置的性價比。

2.1 氣液分離裝置處理過程

天然氣進入該氣液分離裝置中，具體處理過程分為以下3 個階段。

2.1.1 折流分離階段

在第一階段，裝置入口的天然氣在特殊結構設計的慣性導流葉片作用下，進行折流分離，實現氣液兩相的快速分離，該模塊結構簡單且安裝簡便，能有效提升高效分離器的分離效率，將大量粒徑大于20 μm的液滴脫除。

2.1.2 旋流分離階段

在第二階段，天然氣到達旋流裝置內，進入旋流離心分離階段，旋流裝置內部設計安裝有離心場，該設計是本階段旋流脫液的基礎，它能使微液滴遷移、碰撞、聚集成大液滴，進而脫落分離，這一階段主要是脫除粒徑為5～20 μm的液滴。

2.1.3 過濾分離階段

前兩階段未分離出的液滴在此處碰撞、攔截，使液滴附著后聚結脫落，這一階段能使氣液分離精度達到1 μm。

2.2 氣液分離裝置改造流程

通過對壓縮機系統生產工藝流程特點的分析，在中壓壓縮機機組前新增一臺氣液高效滌氣裝置，將原流程中U型彎裝置改造為氣液分離裝置，其設備改造接入點、流程連接見圖1。

圖1 氣液分離裝置改造接入點示意圖Fig.1 Schematic diagram of access point for gas-liquid separation unit reconstruction

3 改造前后數據對比分析

本油田液烴回收系統包含低壓液烴回收裝置、中壓液烴回收裝置及高壓液烴回收裝置。新增氣液分離裝置投用后，在排除天然氣量波動、溫度波動等干擾因素的情況下，對液烴回收裝置的數據進行收集。通過對比改造前后中壓液烴回收液量、高壓液烴回收液量情況，新增氣液分離裝置運行情況如下。

液烴回收總量前后對比見圖2。通過對新增氣液分離裝置改造前后液烴回收系統的液量對比分析可知，在流程改造前，液烴回收總量約12.38 m3/d，改造后約17.32 m3/d，平均增加4.94 m3/d。

圖2 改造前后總回收液量對比圖Fig.2 Comparison of total recovered liquid before and after reconstruction

新增氣液分離裝置改造前后中壓液烴回收液量對比情況見圖3，即中壓機入口液烴回收液量情況對比分析。中壓液烴回收液量在改造前約為1.82 m3/d，改造后約為9.83 m3/d，增加8.01 m3/d。

圖3 改造前后中壓液烴回收液量對比圖Fig.3 Comparison of medium pressure recovered liquid before and after reconstruction

新增氣液分離裝置改造前后高壓液烴回收液量對比情況見圖4，即中壓壓縮機一級壓縮后液烴回收液量情況對比分析。高壓液烴回收液量在改造前約為8.55 m3/d，改造后約為4.43 m3/d，減少4.12 m3/d。由此可見，新增氣液分離裝置作用顯著。

圖4 改造前后高壓液烴回收液量對比圖Fig.4 Comparison of high pressure recovered liquid before and after reconstruction

綜上，新增氣液分離裝置改造后液烴回收總量提高4.94 m3/d，中壓液烴回收總量提高8.01 m3/d，高壓液烴回收總量降低4.12 m3/d。新增氣液分離裝置投用后，在新增氣液分離裝置脫液作用下，進入中壓壓縮機入口液量降低8.01 m3/d，較大部分液烴已在中壓壓縮機入口回收，液烴回收液量平均降低4.12 m3/d。這表明，進入中壓壓縮機的天然氣中很大一部分液體成分被新增氣液分離裝置脫除，氣液分離效果顯著。

4 結 語

該氣液分離裝置聯合了多種氣液分離工藝，有效減少了裝置的重量和體積，性價比顯著提升，適合海上油田現場工作環境。在后期維保中，為便于更換過濾裝置等內部構件，罐體與頂部封頭采用法蘭連接方式，有效降低了設備的維保費用，節省了運行成本。綜合運用多種分離方法，對不同粒徑的液滴進行分級逐步處理，以彌補各分離技術之間存在的缺陷，從而提高氣液分離裝置的處理效果，可使氣液分離的精度最終達到1 μm。該氣液分離裝置投用后，進入中壓壓縮機入口液體平均降低8.01 m3/d，液烴回收液量平均降低4.12 m3/d，由此可知，進入壓縮機的天然氣中大部分液體被新增氣液分離裝置脫除，新增氣液分離裝置實際運行脫液效果顯著。該氣液分離裝置投用一段時間后，對各壓縮機進行拆檢維保時，壓縮機內部各零部件均運行正常，狀態良好，并未在內部腔室內發現液體存在，消除了壓縮機內部腔室液擊的隱患。未來，需要在后期周期性維保及設備運行時加強對壓縮機運行參數和壓縮機內部各零部件運行狀態的關注。