鹽穴儲(chǔ)氣庫乙二醇+J—T閥制冷脫水工藝設(shè)計(jì)

王旭鋒 逯國英 張萍 陳冰 趙秀麗 王利強(qiáng)

摘 要：針對鹽穴儲(chǔ)氣庫采氣量變化范圍大的特點(diǎn)，研究了乙二醇+J-T閥制冷脫水工藝中乙二醇再生裝置處理量與天然氣處理量之間的關(guān)系，根據(jù)Hammerschnidt公式推導(dǎo)出兩者成正比例關(guān)系，比例系數(shù)為ρ，單位為kg/m3，將該比例系數(shù)定義為“脫水密度”，其含義為1m3天然氣脫水至相同的深度時(shí)所需處理的乙二醇富液量。

關(guān)鍵詞：乙二醇富液量；乙二醇貧液量；天然氣處理量

中圖分類號(hào)：TE822 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 研究背景及意義

鹽穴儲(chǔ)氣庫地面工程中，天然氣處理的核心工藝為脫水工藝。采氣期，地下水蒸汽會(huì)隨著天然氣夾帶出地面，當(dāng)氣體溫度低于其露點(diǎn)溫度時(shí)，產(chǎn)生水化物，引起管道凍堵，影響平穩(wěn)供氣。因此，需配套烴水露點(diǎn)控制裝置，以保證天然氣長輸管道系統(tǒng)安全供氣。當(dāng)井口壓力足夠高時(shí)，注乙二醇+J-T閥制冷脫水工藝應(yīng)用較為廣泛。儲(chǔ)氣庫建庫期間與正常采氣期的氣量不斷變化，并且在高峰與低峰時(shí)相差很大，因此對乙二醇的需求量變化范圍較大。建立采氣量與乙二醇再生裝置進(jìn)料量的關(guān)系對于合理設(shè)置再生裝置處理規(guī)模，提高其適應(yīng)性具有節(jié)能減排、綠色環(huán)保等重要意義。

2鹽穴儲(chǔ)氣庫乙二醇+J-T閥制冷脫水工藝流程

各井場來氣在集配站內(nèi)匯集后節(jié)流至11MPa，由集輸管網(wǎng)輸送至注采站，經(jīng)生產(chǎn)分離器進(jìn)行兩相分離，分離后的天然氣進(jìn)入進(jìn)站空冷器，冷卻至30℃，然后進(jìn)入過濾分離器進(jìn)行兩相分離，分離后的天然氣注入乙二醇后進(jìn)入繞管式換熱器與低溫分離器來的干氣進(jìn)行換熱后，經(jīng)J-T閥節(jié)流，溫度降至-2℃進(jìn)入低溫分離器，氣相經(jīng)繞管式換熱器復(fù)熱后外輸，生產(chǎn)過程中產(chǎn)出的水調(diào)壓后進(jìn)入地下排污罐，經(jīng)泵裝車外運(yùn)。

2.1乙二醇貧液用量的計(jì)算

根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度確定出天然氣注乙二醇前后水合物形成的溫度降（△t）后，可按Hammerschnidt公式計(jì)算乙二醇最低富液濃度CM（質(zhì)量百分濃度）。

×100% （1）

式中 CM—乙二醇最低富液濃度，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)

（△t）—水合物形成溫度降，℃；

M—乙二醇的相對分子質(zhì)量；

KC—乙二醇的常數(shù)，2220。

計(jì)算出乙二醇在水溶液相中的最低濃度后，可由下式求得水溶液相中的乙二醇貧液用量qL。

（2）

式中 C1—注入含水乙二醇中乙二醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，一般取80%；

qw—系統(tǒng)中析出的冷凝水量，kg/d；

qL—乙二醇貧液用量，kg/d。

2.2系統(tǒng)中析出的冷凝水量

系統(tǒng)中析出的冷凝水量可根據(jù)注乙二醇注入器前的天然氣含水量和低溫分離器出口后天然氣含水量來計(jì)算。

qw=G（W1-W2） （3）

式中 G—天然氣流量（p=0.101MPa，t=20℃），m3/d；

W1，W2—天然氣在脫水前后溫度和壓力條件下的飽和水含量，kg/m3，可從HYSYS中查取。

2.3乙二醇裝置進(jìn)料量

根據(jù)《SYT0076-2008 天然氣脫水設(shè)計(jì)規(guī)范》，乙二醇貧液損失量為4mg/m3天然氣，那么乙二醇貧液損失量qs為：

qs=G×4×10-6 （4）

那么乙二醇裝置進(jìn)料量可以根據(jù)乙二醇質(zhì)量守恒得到，

（5）

式中 F—乙二醇裝置進(jìn)料量，kg/d；

公式5中，假設(shè)乙二醇再生裝置乙二醇貧液濃度為80%，而將損失考慮在qs中，將公式（2）、（3）代入公式（4）中整理可得：

（6）

公式（6）中CM可由公式（1）求得，W1、W2均可根據(jù)《SYT0076-2008 天然氣脫水設(shè)計(jì)規(guī)范》中圖A.1-A.6中查取。當(dāng)原料性質(zhì)和要求的烴水露點(diǎn)相同時(shí)，CM、C1、W1、W2都為常數(shù)，即天然氣所含有的飽和水和露點(diǎn)降相同，由公式（6）可以看出，天然氣處理量與乙二醇裝置進(jìn)料量成正比關(guān)系，設(shè)比例系數(shù)為ρ，則有：

（7）

式中ρ的單位為kg/m3。類似于物體密度的定義，ρ可以定義為乙二醇+J-T制冷脫水工藝中的“脫水密度”，其含義為1m3天然氣脫水至相同的深度時(shí)所需處理的乙二醇富液量。公式（6）即為乙二醇再生系統(tǒng)進(jìn)料量與天然氣流量之間的關(guān)系式，據(jù)此可以根據(jù)天然氣流量的變化范圍，合理確定乙二醇再生系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行方案。

結(jié)語

本文針對鹽穴儲(chǔ)氣庫采氣量變化范圍大的特點(diǎn)，研究了脫水工藝中乙二醇再生裝置處理量與天然氣量之間的關(guān)系

通過Hammerschnidt公式推導(dǎo)得出天然氣流量與乙二醇再生裝置進(jìn)料量成正比關(guān)系，比例系數(shù)ρ，單位為kg/m3。將其定義為乙二醇+J-T制冷脫水工藝中的“脫水密度”，含義1m3天然氣脫水至相同的深度時(shí)所需處理的乙二醇富液量。

乙二醇再生裝置進(jìn)料量與天然氣流量的比例關(guān)系為F=ρ·G，據(jù)此可以根據(jù)天然氣流量的變化范圍，合理確定乙二醇再生系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行方案，節(jié)約能耗，降低成本。

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