汽提氣在脫水生產(chǎn)中的應(yīng)用及能耗分析

陳界學(xué)　唐承靜（中國石油西南油氣田分公司重慶氣礦）

汽提氣在脫水生產(chǎn)中的應(yīng)用及能耗分析

陳界學(xué)唐承靜（中國石油西南油氣田分公司重慶氣礦）

摘要：對離上游增壓站近且含水量高的天然氣進(jìn)行脫水處理時，為了保證脫水效果，需在塔前設(shè)置空冷器對來氣進(jìn)行降溫和脫水處理，但是空冷器冷卻效果差、耗能大、水冷管線易結(jié)垢，以及風(fēng)機軸承和風(fēng)扇葉片故障率高等問題無法得到徹底解決。為了達(dá)到脫水深度同時實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，通過應(yīng)用汽提氣工藝，即用干燥天然氣或惰性氣體通過正在再生的甘醇，脫出僅靠蒸餾過程脫不出的水分，獲得了高濃度甘醇貧液和高的露點降，達(dá)到了脫水工藝的要求，實現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：汽提氣脫水能耗技術(shù)

福成寨脫水站建成于 2000 年，負(fù)責(zé)處理福成寨氣田的原料氣。脫水裝置為引進(jìn)加拿大橇裝設(shè)備，采用三甘醇脫水工藝，設(shè)計處理量為 80×104m3/d。該 站離上 游增壓 站距離 僅 50m，濕氣入站溫度高。為保證脫水效果，在濕氣入塔前，需增設(shè)1臺空冷器，對來氣進(jìn)行降溫后再進(jìn)入脫水裝置。福成寨脫水站先后經(jīng)過4次大修改造，地面工藝流程、機泵設(shè)置已趨于完善，但空冷器能耗大、冷卻效果差，水冷管線易結(jié)垢，以及風(fēng)機軸承和風(fēng)扇葉片故障率高等問題未得到徹底解決。福成寨脫水站通過應(yīng)用汽提氣工藝，即用干燥天然氣或惰性氣體通過正在再生的甘醇，脫出僅靠蒸餾過程脫不掉水分 的氣體 （圖1），獲得了高濃度甘醇貧液和高的露點降，從而停用了空冷器，脫水效果同樣達(dá)到了工藝要求，并實現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的。

圖1　汽提氣再生流程簡圖

1　實施汽提氣工藝的依據(jù)和條件

脫水裝置正常運行時，重沸器再生溫度穩(wěn)定在170～200 ℃ 之 間 ， 三 甘 醇 貧 液 濃 度 須 在 98% 以上，才能保證脫水的深度。濕氣進(jìn)塔溫度升高，將導(dǎo)致脫水負(fù)荷增大。

由甘醇濃度、循環(huán)量、露點降等關(guān)系曲線圖可知，每脫 1lb 水，甘醇循環(huán)量為 42L。當(dāng)貧液濃度為 98%時，露點降為 21.3 ℃；當(dāng)貧液濃度為 99%時，露點降可達(dá) 26.8 ℃。可見，提高甘醇貧液濃度是保證脫水深度的最有效途徑 （圖2）。

圖2　干氣露點降與甘醇循環(huán)量和甘醇濃度的關(guān)系曲線（SY-10076-2008天然氣脫水設(shè)計規(guī)范）

汽提氣和貧甘醇緊密接觸，能吸收濃甘醇中的殘余水分；因此，利用汽提氣來提取高濃度的甘醇貧液，可克服因濕氣入塔溫度升高而導(dǎo)致脫水負(fù)荷增大的影響，最終獲取高的露點降。

實施汽提氣的條件是：

1）汽提氣量要保證獲得高的貧液濃度。

2）汽提氣量不宜過大，防止三甘醇過量損失。

3）使用汽提氣后要保證各參數(shù)在正常范圍內(nèi)。濕氣的入塔溫度不能超過 48℃，且甘醇入塔溫度不能超過60℃。

4）汽提氣量大小可根據(jù)每 100L 循環(huán)甘醇需要的 汽 提 氣 量 （ 約 為 1.5～ 7.5m3）來 確 定（SY/T0076—2008 天然氣脫水設(shè)計規(guī)范）。

使用汽提氣后的安全措施是：

1）要加強各運行參數(shù)的監(jiān)控和現(xiàn)場巡檢工作。

2）在原來事故應(yīng)急預(yù)案中，當(dāng)脫水裝置發(fā)生異常時，需要切斷灼燒爐主火控制閥、引導(dǎo)火控制閥，同時要增加切斷汽提氣控制閥的環(huán)節(jié)。

3）在須打開緩沖罐甘醇臨時加注口時，首先要關(guān)閉汽提氣，操作完成后再開汽提氣。

4）灼燒爐熄火后應(yīng)關(guān)閉各氣源控制閥，置換空氣 5min 后再點火。

2　汽提氣工藝對脫水裝置的影響

2.1溫度的影響

濕氣入塔溫度在軸流風(fēng)機停用后上升8℃，增大了脫水負(fù)荷。產(chǎn)品氣溫度上升可能會增加三甘醇消耗，因此，甘醇總消耗量應(yīng)控制在正常范圍內(nèi)。

2.2閃蒸效果的影響

?？绽淦骱箝W蒸罐溫度上升 10℃左右，閃蒸效果變好，有利于三甘醇的再生和品質(zhì)維護(hù)，從而提高活性炭過濾器濾芯的使用壽命。

2.3三甘醇循環(huán)量

循環(huán)量由原來 350～400L/h，調(diào)整為 250～300 L/h，入泵溫度由原來 72 ℃下降為 52 ℃。循環(huán)量的下調(diào)減少了電力消耗和甘醇泵盤根柱塞的磨損，同時也減少了震動、噪音和維護(hù)工作量。

2.4濃度的影響

低溫干氣從緩沖罐上部進(jìn)入后，逐級經(jīng)過緩沖罐、重沸器、精餾柱的各級填料，最終從再生汽管線進(jìn)入灼燒爐灼燒。在此過程中干氣與三甘醇緊密接觸，吸收三甘醇中的水分變成高溫濕氣；同時，汽提氣的置換與流動，將緩沖罐、重沸器、精餾柱的蒸汽攜帶至灼燒爐灼燒。因此，使用汽提氣后，能夠得到比常規(guī)再生濃度高得多的甘醇 （表1）。

表1　2008年5月實施汽提氣前后濃度對比

2.5干氣露點

使用冷鏡式露點儀對干氣露點進(jìn)行了測量，脫水效果均合格，詳見表2。

表2　干氣露點統(tǒng)計表

3　汽提氣量與操作變量的工藝調(diào)節(jié)

3.1增減氣量

增加或減少脫水氣量時三甘醇循環(huán)量和汽提氣量要隨之增減。在甘醇泵使用電泵的脫水站，調(diào)節(jié)時既要考慮汽提氣量的使用原則，又要考慮變頻器的節(jié)能問題?，F(xiàn)場通過實測甘醇泵在不同頻率下的耗電量，找到變頻器的最佳節(jié)能范圍，使甘醇循環(huán)量始終控制在變頻器的最佳節(jié)能范圍內(nèi)，并力求達(dá)到最佳的節(jié)能效果。例如，福成寨站甘醇循環(huán)泵功率為 5.6kWh，當(dāng)循環(huán)量 在 250L/h 時，每 日耗電量僅為 75kWh，節(jié)能率達(dá)到了 44%。

3.2濕氣入塔壓力的變化

當(dāng)濕氣入塔壓力降低時，天然氣含水量隨之上升。此時應(yīng)適當(dāng)調(diào)大汽提氣量或循環(huán)量。反之當(dāng)壓力上升時，應(yīng)適當(dāng)減少汽提氣量或循環(huán)量。

3.3濕氣入塔溫度的增減

在濕氣入塔溫度發(fā)生改變時，應(yīng)監(jiān)視其他各工藝參數(shù)的變化，適時調(diào)整汽提氣量和循環(huán)量，保證脫水效果，達(dá)到優(yōu)質(zhì)低耗。

3.4灼燒爐溫度的控制

汽提氣可以代替燃料氣與閃蒸氣一起灼燒。通常 灼燒爐 反應(yīng) 室溫度 在 500～550 ℃就 可以 將 H2S 轉(zhuǎn)換成 SO2，同時將其他輕烴燒掉?？刂戚^低的反應(yīng)室溫度，可以節(jié)約燃料氣消耗量。當(dāng)汽提氣量較大，反應(yīng)室溫度達(dá)到 550 ℃以上時，可關(guān)閉灼燒爐主火和引導(dǎo)火；當(dāng)反應(yīng)室溫度低于500 ℃時，應(yīng)點燃引導(dǎo)火保證灼燒。當(dāng)汽提氣完全替代燃料氣后，灼燒爐反應(yīng)室溫度超過 700 ℃時，應(yīng)對汽提氣量進(jìn)行控制。

表3　2007—2009年實耗電量對比

4　能耗對比分析

4.1直接經(jīng)濟效益

1）節(jié)約電力?？绽淦黠L(fēng)機停用后，風(fēng)機電動機功率 11kW，每日耗電 264kWh。變損分?jǐn)?按25%計，月耗電 9840kWh，價值 7892元。電量實耗見表3，可以看出，使用汽提氣1年來，共節(jié)約電量 65387kWh，用電量下降約83%。全年節(jié)約電費支出 6.54 萬元。

2）節(jié) 約 水 。 每 日 10m3， 全 月 300m3， 價 值900元。

3）節(jié) 約 天 然 氣 。 原 灼 燒 爐 日耗氣 240m3， 目前汽提氣量 180m3，節(jié)約 60m3，全月價值 1800 元。

綜上所述每月可節(jié)約水、電、氣費 10592 元，全年節(jié)約109520元 （按空冷器停用10個月計）。

4.2間接經(jīng)濟效益

1）使用汽提氣后，重沸器、緩沖罐始終保持微正壓，形成了氣體覆蓋層，阻止空氣進(jìn)入甘醇再生系統(tǒng)。氣體覆蓋排除了空氣，可防止甘醇氧化而形成腐蝕性酸液，提高三甘醇使用壽命2年以上；同時汽提氣將高溫釋放出來的大量酸性氣體快速置換，防止了腐蝕氣體的積聚，減少了再生裝置的腐蝕。

2）空冷器風(fēng)機的停用，每年可減少皮帶消耗1根 （價值 4000 元）、軸承一副 （價值 1000 元），減少了風(fēng)扇葉片更換工作量 （每兩年更換 1次），以及大量的人工維修費用。

3）甘醇泵循環(huán)量的下降，不僅減少了電力消耗，還減少了機械磨損和維護(hù)工作量。

綜上所述，估算間接經(jīng)濟效益每年大約在10萬元左右。

5　結(jié)論

1）汽提氣工藝在生產(chǎn)中的應(yīng)用，能夠獲得高濃度的貧液，從而保證干氣露點。

2）汽提氣工藝的應(yīng)用不需對現(xiàn)有工藝進(jìn)行較大的改造，即可獲得較高的經(jīng)濟效益，且對節(jié)能減排貢獻(xiàn)很大。

DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2013.004.006

收稿日期：（2012-12-20）

第一作者簡介：陳界學(xué)，2008年畢業(yè)于西南石油大學(xué)，從事節(jié)能減排 工 作 ，E-mail：chen_jxue@petrochina.com.cn， 地 址 ：四 川 省 達(dá) 州市大竹縣東湖路379號生產(chǎn)技術(shù)辦公室，635100。