氣體噴射器在天然氣處理系統(tǒng)的應(yīng)用

石志敏 武茂芹 史德平（大港油田天然氣公司）

氣體噴射器主要用于氣體增壓輸送，應(yīng)用氣體噴射器增壓優(yōu)點(diǎn)非常多，但缺點(diǎn)也非常明顯，其中一個(gè)缺點(diǎn)就是它需要壓力和流量都相對(duì)穩(wěn)定的高壓氣源作為工作流體。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于氣體噴射器在天然氣領(lǐng)域的研究成果[1-3]及應(yīng)用實(shí)例[4]并不多，這其中最重要的原因就是天然氣組分復(fù)雜、物性變化較大，這給噴射器設(shè)計(jì)及應(yīng)用帶來(lái)了較大的難度和不確定性。氣體噴射器的應(yīng)用，最重要的是要充分利用現(xiàn)有客觀條件，針對(duì)天然氣處理站既有可利用高壓天然氣又有低壓氣需被增壓的有利條件，開(kāi)展了氣體噴射器在低壓天然氣增壓處理方面的應(yīng)用。

1 存在問(wèn)題

大港油田天然氣處理站有2套天然氣處理裝置，裝置進(jìn)氣壓力均為3.0MPa，氣源來(lái)自于大港油田自產(chǎn)高、中及低壓氣，配置的5臺(tái)原料氣壓縮機(jī)用來(lái)壓縮壓力分別只有1.25MPa和0.07MPa的中、低壓氣，受低壓氣來(lái)氣量不穩(wěn)定的影響，低壓氣來(lái)氣量與在用的5臺(tái)原料氣壓縮機(jī)組運(yùn)行之間就存在不匹配問(wèn)題，這就造成了原料氣壓縮機(jī)長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行，浪費(fèi)了部分電能。

天然氣處理站還設(shè)有2臺(tái)港滄線增壓機(jī)，增壓后的陜氣主要供往滄州、淄博等地，增壓機(jī)出口壓力為4.0MPa，受下游用氣量的影響，每天有30×104m3天然氣需要打回流，回流氣的反復(fù)循環(huán)壓縮也造成了電能和壓力能的浪費(fèi)。

2 改造方案

相對(duì)于采用壓縮機(jī)提升氣體壓力的方式，采用氣體噴射器提升氣體壓力，只需利用高壓能源而不需增加許多輔助設(shè)備，不但可以達(dá)到節(jié)能降耗的目的，還減少了操作難度及運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

為了節(jié)能降耗，提高效益，充分利用現(xiàn)有港滄線增壓機(jī)30×104m3/d回流高壓天然氣的有利條件，天然氣處理站應(yīng)用了氣體噴射器裝置，將港滄線增壓機(jī)回流的4.0 MPa高壓天然氣作為工作流體，引射一部分無(wú)法經(jīng)濟(jì)增壓處理的0.07MPa低壓天然氣，噴射器出口混合氣進(jìn)入到0.85MPa的外輸管網(wǎng)外輸。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 噴射器選型

噴射器是利用射流的紊動(dòng)擴(kuò)散作用，使不同壓力的兩股流體相互混合，并引發(fā)能量交換的流體機(jī)械和混合反應(yīng)設(shè)備。天然氣噴射技術(shù)工作原理是高壓天然氣經(jīng)噴嘴節(jié)流，在混合腔形成低于低壓氣入口壓力的低壓區(qū)，低壓天然氣在壓差作用下被吸入混合段與高速流動(dòng)的天然氣混合，形成具有一定速度的混合氣流，在擴(kuò)壓段內(nèi)完成升壓后外輸。受氣體噴射器本身技術(shù)特點(diǎn)的限制，氣體噴射器對(duì)兩股氣體的壓力、溫度、組分及壓力差都有一定的要求，針對(duì)不同的兩股氣體，依據(jù)出口壓力要求的不同需要選配不同的噴嘴，對(duì)于特定條件下的高、低壓氣體為了達(dá)到需要的出口壓力，有時(shí)需要二級(jí)或多級(jí)引射才能滿足需求。結(jié)合天然氣處理站在高、低壓天然氣的氣源的條件，尤其是低壓氣源壓力只有0.07MPa非常低的不利條件，為達(dá)到氣體噴射器出口壓力為1.0MPa的外輸條件，該氣體噴射器選用了兩級(jí)噴射形式。

3.2 流程設(shè)計(jì)

氣體噴射器在國(guó)內(nèi)真正應(yīng)用于天然氣領(lǐng)域的實(shí)例并不多，相對(duì)于天然氣處理站低壓氣壓力較低的氣源狀況，國(guó)內(nèi)沒(méi)有相似的氣體噴射器裝置，見(jiàn)圖1。因此在氣體噴射器系統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)上，沒(méi)有可以參考的模型，為保證噴射器系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與可靠性，加強(qiáng)了工藝控制系統(tǒng)方面的設(shè)計(jì)，特別設(shè)計(jì)了氣體噴射器高、低壓氣入口匯管緊急關(guān)斷閥，并設(shè)置了5個(gè)關(guān)斷條件與之相連鎖，此外還設(shè)有氣體噴射器高壓氣入口匯管流量檢測(cè)及自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。

系統(tǒng)流程：低壓天然氣和經(jīng)流量調(diào)節(jié)的高壓天然氣經(jīng)氣體噴射器混合，混合氣再進(jìn)入處理站外輸管網(wǎng)外輸。

4 系統(tǒng)調(diào)試

對(duì)于本項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，被增壓的低壓氣流量越大越能體現(xiàn)其在替代低壓氣壓縮機(jī)的作用，因此如何能提高低壓氣的流量，就成了本項(xiàng)目調(diào)試最先解決的問(wèn)題。除高、低壓氣的組分、溫度等不可控因素外，高壓氣的流量、壓力，低壓氣的壓力以及噴射器出口壓力等也都直接影響低壓氣的流量，而噴射器一級(jí)噴嘴和二級(jí)噴嘴尺寸成為了其中關(guān)鍵因素。

2012年，我們對(duì)噴射器進(jìn)行了調(diào)試，共對(duì)4種不同型號(hào)的一級(jí)噴嘴和4種不同型號(hào)的二級(jí)噴嘴進(jìn)行了7種組合，其中一組噴嘴組合在高、低壓氣及混合氣壓力分別為3.85 MPa、0.055 MPa及0.80 MPa情況下，30.2×104m3/d高壓天然氣增壓的低壓氣氣量達(dá)到了1.2×104m3/d。類似的工況下的調(diào)試，有3組噴嘴組合也實(shí)現(xiàn)了引射量1.0×104m3/d以上，達(dá)到了預(yù)期效果。

5 結(jié)語(yǔ)

1）經(jīng)濟(jì)效益方面。該項(xiàng)目總投入140萬(wàn)元，改造后該裝置可在低壓氣來(lái)氣量滿足一定的條件下代替低壓氣壓縮機(jī)運(yùn)行，該裝置每運(yùn)行一天，即節(jié)約可壓縮機(jī)運(yùn)行電費(fèi)1.5萬(wàn)元，同時(shí)也減少了壓縮機(jī)運(yùn)行帶來(lái)的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。

2）在社會(huì)效益方面。解決了處理站高壓天然氣能的浪費(fèi)及低壓氣增壓能耗高的難題，增大了處理站處理低壓氣量的能力，提高了低壓氣與壓縮機(jī)運(yùn)行匹配的靈活度，降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

[1]楊德偉,林日億,王彌康,等.利用噴射器技術(shù)輸送低壓氣層天然氣[J].油氣田地面工程,2005,24(4):10-12.

[2]宓亢琪,天然氣引射器特性方程與工況的研究[J].煤氣與熱力,2006,26(6):1-5.

[3]吳革生,劉雙全,張振紅,等.天然氣噴射引流裝置變工況性能試驗(yàn)[J].天然氣工業(yè),2009,29(10):83-85.

[4]劉雙全,陳德見(jiàn),汪雄雄,等.集氣站放空氣噴射回收技術(shù)[J].油氣田地面工程,2011,30(4):44-45.