油田伴生氣脫水工藝改造

大慶油田采油九廠

油田伴生氣脫水工藝改造

王春芳大慶油田采油九廠

循環(huán)換熱工藝構(gòu)想是充分利用現(xiàn)有干燥設(shè)備，增加1套換熱器，從而實(shí)現(xiàn)降溫處理和升溫外輸。使用循環(huán)換熱工藝可達(dá)到以下效果：將冷源或熱源產(chǎn)生的溫差進(jìn)一步擴(kuò)大，將四合一設(shè)備分離出來的高溫天然氣有效降溫，從而提高天然氣的干燥效果，消除因使用合一設(shè)備帶來的不利影響。通過工藝計(jì)算分析認(rèn)為，循環(huán)換熱工藝有效解決了伴生氣進(jìn)入加熱爐前析出液問題，該工藝在伴生氣處理上是可行的。

合一設(shè)備；循環(huán)換熱；伴生氣；干燥

1 工藝技術(shù)現(xiàn)狀

為充分利用天然氣資源，大慶油田采油九廠大多數(shù)站場(chǎng)均采用油田伴生氣作為油田燃料氣，然而伴生氣中輕烴和水分含量較高，直接用于燃燒效果不理想，容易出現(xiàn)局部溫度過高及燃燒不完全等現(xiàn)象，因此油田伴生氣在使用前都設(shè)有除油和干燥流程。

首先，除油器對(duì)分離器分出的油田伴生氣進(jìn)一步分離，將油田氣中的大顆粒液滴及輕油分離出來，以凈化天然氣；其次，天然氣除油后需進(jìn)一步除去其中多余水分。目前采油九廠伴生氣主要有光桿干燥器和自冷閃結(jié)氣水分離器兩種，集氣站則采用三甘醇脫水裝置。

合一設(shè)備的推廣應(yīng)用，簡化了站內(nèi)工藝流程，但由于摻水或外輸需求，合一設(shè)備（三合一、四合一）內(nèi)介質(zhì)溫度較高，使分離出的伴生氣溫度較高，攜帶輕烴和水蒸氣量較大。當(dāng)氣體進(jìn)入除油器和干燥器后，由于溫度過高，輕烴和水蒸氣依然為氣相，不能形成小液滴而沉降分離出來，以致除油、干燥效果不佳，影響燃燒效果；同時(shí)，處理后的天然氣經(jīng)過一定長度的管線到達(dá)加熱爐，由于沿程溫度降低，不斷有輕烴和水分析出，需要定期采用排水器防水，以防冬季出現(xiàn)凍堵。

天然氣干燥的方式較多，當(dāng)同時(shí)要去除氣體中的水分和輕烴的時(shí)候，低溫法是最直接、最有效的一種。因此，開展了采用循環(huán)換熱工藝以改善油田伴生氣脫水效果的構(gòu)想。

圖1 循環(huán)換熱工藝改造構(gòu)想

2 總體思路

循環(huán)換熱工藝是充分利用現(xiàn)有干燥設(shè)備，增加1套換熱器，利用除油器和干燥氣的自然散熱產(chǎn)生的溫差（ΔT1=t2-t3）及經(jīng)換熱器前后循環(huán)產(chǎn)生的較大溫差（ΔT2=t1-t3），從而實(shí)現(xiàn)降溫處理和升溫外輸。循環(huán)換熱工藝改造構(gòu)想見圖1。其過程是讓伴生氣進(jìn)行換熱，從而降低處理前伴生氣溫度t2，而來氣溫度t1的降低必然導(dǎo)致處理后氣體溫度t3的進(jìn)一步降低，處理后氣體溫度t3的降低又導(dǎo)致來氣溫度t1的又一次降低，直到各處溫度達(dá)到平衡。

3 可行性分析

假設(shè)整個(gè)過程絕熱，ΔT1=t2-t3固定不變，換熱器效率為100%，那么經(jīng)過換熱器換熱后的待處理氣體溫度可以無限降低。而實(shí)際上由于t2的降低，處理設(shè)備與周圍環(huán)境的溫差變小，而且交換的熱量也相應(yīng)減小，也就是ΔT1=t2-t3在不斷減小，換熱器也不可能實(shí)現(xiàn)完全換熱，這樣必然會(huì)出現(xiàn)一個(gè)平衡點(diǎn)，使各點(diǎn)溫度趨于平衡，而在平衡狀態(tài)下的待處理氣體溫度t2決定了本構(gòu)想的處理效果。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，可以進(jìn)行模擬計(jì)算，從而預(yù)測(cè)本構(gòu)想的可行性。

由于凝液量相對(duì)于濕氣質(zhì)量來說量很小，對(duì)溫度的影響相對(duì)較低，因此為了便于計(jì)算，凝液帶走的熱量不進(jìn)入計(jì)算范疇，而把處理設(shè)備的散熱(to)看成是一個(gè)與周圍空氣形成的一個(gè)換熱器B進(jìn)行計(jì)算。已知t1=70℃，t0=30℃，換熱器A效率為80%，在未加裝換熱器A之前，t2=t1=70℃，t3=t4=40℃。

3.1 平均溫差的計(jì)算

式中ΔT冷為冷端溫差，對(duì)于換熱器A來說，ΔT冷=t2-t3，對(duì)于換熱器B來說，ΔT冷=t3-t0；ΔT熱為熱端溫差，對(duì)于換熱器A來說，ΔT熱=t1-t4，對(duì)于換熱器B來說，ΔT熱=t2-t0。

一些高效的換熱器，如翹板式換熱器，在換熱器平均溫差大于0.5℃時(shí)，即可進(jìn)行有效換熱，因此對(duì)于新增的換熱器取ΔT=0.5℃，可得到

換熱器A

換熱器B

3.2 傳熱量的計(jì)算

式中Q為換熱器熱負(fù)荷（kJ/h）；K為換熱器傳熱系數(shù)（kJ/（m2·h·℃））；F為換熱器傳熱面積（m2）；ΔT為換熱器平均溫差（℃）。

式（4）中Q既是換熱器熱負(fù)荷，也是天然氣換熱降溫所失去的熱量。

式中Q為天然氣降溫失去的熱量（kJ/h）；Cp為天然氣定壓比熱容（kJ/（kg·℃））；G為質(zhì)量流速（kg/h）；ΔT′為天然氣換熱前后溫差（℃）。

對(duì)于換熱器B來說，在增加換熱器A前

在增加換熱器A后

由（7）、（8）可得

對(duì)于換熱器A來說

即

由式（2）、（9）、（10）求解得可見，循環(huán)換熱工藝可將四合一設(shè)備分離出來的70℃天然氣降至35℃進(jìn)行干燥處理，可提高天然氣的干燥效果，處理后天然氣經(jīng)熱交換后溫度升至61℃，有效解決了伴生氣進(jìn)入加熱爐前析出液問題，該工藝在伴生氣處理上是可行的。

4 認(rèn)識(shí)及技術(shù)延伸

通過計(jì)算驗(yàn)證，使用循環(huán)換熱工藝可達(dá)到以下效果：①循環(huán)換熱工藝可將冷源或熱源產(chǎn)生的溫差進(jìn)一步擴(kuò)大，而不增加能源消耗，該工藝在伴生氣處理上是可行的；②可將四合一設(shè)備分離出來的高溫天然氣有效降溫，從而將提高天然氣的干燥效果，消除了因使用合一設(shè)備帶來的不利影響；③在環(huán)境溫度降低的情況下，除油器和干燥氣的自然散熱產(chǎn)生的溫差加大，從而使換熱后的溫度更低，更有助于提高天然氣的干燥效果；④處理后天然氣經(jīng)復(fù)熱后外輸，在輸送至加熱設(shè)備前，即使溫度再一次降低，只要溫度不低于處理溫度，管線中不會(huì)再有液體析出，有效解決了伴生氣進(jìn)入加熱爐前析出液問題；⑤在有冷源或熱源的情況下，就可采用循環(huán)換熱工藝來進(jìn)一步擴(kuò)大溫差，該工藝也可應(yīng)用于天然氣深度處理、原油加熱改質(zhì)等方面。

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.037