增壓生產(chǎn)模式下提升脫水橇運(yùn)行效果措施分析

溫立憲，陳 斌，呂海霞，孫利明，劉文舉，王 霄，劉 佳，薛仁雨，李春亮，黃東江

（中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川 750001）

三甘醇溶劑吸收脫水由于露點(diǎn)降大，成本低、運(yùn)行可靠及經(jīng)濟(jì)效益好，故被廣泛采用。目前，國內(nèi)大部分氣田集氣站場均采用三甘醇吸收脫水工藝對原料天然氣進(jìn)行初步脫水處理。脫水橇由高壓吸收脫水系統(tǒng)和低壓高溫再生系統(tǒng)組成，主體設(shè)備包括吸收塔、閃蒸罐、濾布過濾器、活性碳過濾器、再生器、緩沖罐等。現(xiàn)以普帕克脫水橇為例進(jìn)行流程說明，具體（見圖1）。

由再生系統(tǒng)來的貧甘醇先經(jīng)冷卻和加壓后進(jìn)入吸收塔頂部塔板，橫向流過塔板后經(jīng)降液管流到下層塔板。濕天然氣進(jìn)入塔底后經(jīng)塔內(nèi)滌氣器進(jìn)行氣液分離后，進(jìn)入吸收塔釜第一塊塔板，逐層向上層塔板流動，三甘醇和天然氣在塔板上接觸吸收天然氣中的水分。吸收塔頂部設(shè)有捕霧器以脫除出口干氣所夾帶的甘醇液滴，減少甘醇損失。吸收了水分的富甘醇自吸收塔底流出、換熱后進(jìn)入三甘醇閃蒸罐，閃蒸分離出吸收的烴類氣體后，依次經(jīng)過濾布過濾器和活性炭過濾器，除去甘醇溶液在吸收塔中吸收與攜帶的少量固體、液烴、化學(xué)劑及其它雜質(zhì)，以防引起甘醇溶液起泡、堵塞再生系統(tǒng)的精餾柱或使再沸器的火管結(jié)垢。過濾后的富甘醇溶液進(jìn)入三甘醇緩沖罐，與貧液換熱后進(jìn)入再生器，在重沸器內(nèi)常壓下加熱蒸出所吸收的水分，并由精餾柱頂部排向大氣。再生后的貧甘醇在緩沖罐內(nèi)與富甘醇換熱后經(jīng)泵增壓，與吸收塔頂干氣換熱后進(jìn)入吸收塔頂循環(huán)使用。

圖1 普帕克脫水橇工藝流程

1 增壓生產(chǎn)模式下存在的問題

為準(zhǔn)確分析進(jìn)脫水橇天然氣的氣質(zhì)及工況變化對脫水效果的影響，使用HYSYS過程仿真模擬天然氣三甘醇脫水處理裝置。本模型中使用Peng-Robinson方法，在TEG脫水的氣液平衡模型中表現(xiàn)出良好的收斂性和較高的精度。

天然氣經(jīng)壓縮機(jī)增壓后，導(dǎo)致進(jìn)脫水橇天然氣溫度升高，夏季時進(jìn)脫水橇天然氣溫度可達(dá)50℃左右。對不同溫度情況下天然氣飽和含水量進(jìn)行模擬計算（見表 1）。

表1 不同溫度情況下天然氣飽和含水量

由表1可知：增壓生產(chǎn)模式下天然氣的溫度升高，使得進(jìn)脫水橇進(jìn)口天然氣含水量明顯升高。

現(xiàn)按處理氣量為50×104m3/d，增壓前壓力3.5 MPa，天然氣中水以飽和水形式存在，增壓后壓力為5.4 MPa，脫水橇塔底分離器游離水脫除率100%考慮，三甘醇貧液濃度為98%，循環(huán)量為625 L/h，對不同溫度下三甘醇脫水效果進(jìn)行模擬（見表2）。

由表2可知：脫水橇進(jìn)氣溫度由30℃升至50℃，在含水量不變的情況下，露點(diǎn)降急劇下降。

2 增壓生產(chǎn)模式下提高脫水效果措施分析

2.1 循環(huán)量對露點(diǎn)影響定量分析

在天然氣進(jìn)塔溫度為35℃，三甘醇濃度為98%的情況下，對循環(huán)量進(jìn)行模擬（見表3）。

由表3可知：三甘醇循環(huán)量在300～600 L/h水時，隨著循環(huán)量的提高，露點(diǎn)降變化不明顯。

2.2 貧液濃度對露點(diǎn)影響定量分析

在天然氣進(jìn)塔溫度為35℃，循環(huán)量為400 L/h的情況下，對三甘醇濃度進(jìn)行模擬（見表4）。

由表4可知：提高貧甘醇中的TEG濃度可顯著降低天然氣的露點(diǎn)。

表2 不同溫度情況下脫水后露點(diǎn)計算

表3 不同循環(huán)量情況下脫水后露點(diǎn)計算

表4 不同濃度情況下脫水后橇露點(diǎn)計算

2.3 進(jìn)塔溫度對露點(diǎn)影響定量分析

由表2可知，在含水量不變的情況下，進(jìn)塔溫度升高導(dǎo)致露點(diǎn)急劇下降。因此，降低進(jìn)塔天然氣的溫度對露點(diǎn)控制具有非常重要的意義，現(xiàn)從增壓和加熱兩個環(huán)節(jié)進(jìn)行分析以探討降低脫水橇進(jìn)塔天熱氣溫度的有效措施。

2.3.1 增壓前后天然氣換熱可行性分析 利用HTRI及HYSYS軟件模擬計算，將增壓前后的天然氣進(jìn)行換熱，換熱模擬流程（見圖2）。

圖2 換熱模擬流程圖

表5 不同工況情況下?lián)Q熱計算

環(huán)境溫度按30℃考慮，選取DPC-2803型壓縮機(jī)余隙為0，轉(zhuǎn)速400 r/min時4組壓力及處理氣量數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬（見表5）。

由表5可知：壓縮前后天然氣換熱是可行的，換熱器換熱面積×換熱系數(shù)設(shè)置為8 000～10 000時可滿足不同工況下需求，冷卻后溫度可達(dá)到30～35℃。

2.3.2 加熱流程調(diào)整可行性分析 利用HYSYS軟件對加熱節(jié)流工藝進(jìn)行模擬，選用PR（Peng Robinson）方程，加熱節(jié)流過程模擬流程（見圖3）。

圖3 加熱節(jié)流過程模擬流程圖

由表6可知：模型計算結(jié)果與多組現(xiàn)場運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對比，符合程度較高，模型可適用于現(xiàn)場計算。

增壓后將采用多井輪換加熱節(jié)流工藝，即對進(jìn)加熱爐流程進(jìn)行調(diào)整，滿足高壓氣井的加熱節(jié)流要求，低壓氣井直接進(jìn)壓縮機(jī)。以四井式加熱爐為例，對4口氣井加熱，節(jié)流后壓力為2 MPa，具體計算結(jié)果（見表7）。

由表7可知:為保證1#井從12 MPa節(jié)流至2 MPa，節(jié)流后溫度在5℃以上，節(jié)流前溫度需要在45.8℃以上，加熱功率為38.2 kW，計算出加熱爐水溫需保持在59 ℃。此時，2#、3#、4#井天然氣溫度由 20 ℃升至 59 ℃，混合氣溫度為25.3℃，而2#、3#、4#氣井直接進(jìn)壓縮機(jī)則混合后氣體溫度僅為10℃。

3 結(jié)論與建議

在增壓生產(chǎn)模式下，天然氣進(jìn)塔溫度升高使得水含量增大，導(dǎo)致外輸露點(diǎn)不合格。單純地提高三甘醇循環(huán)量對提高脫水效果的作用不大，提高貧甘醇中的TEG濃度可顯著降低露點(diǎn)。因此，實際生產(chǎn)中盡可能提高再生溫度并投用汽提氣以提高三甘醇濃度，從而有效降低外輸露點(diǎn)。

表6 現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果對比

表7 示例氣井加熱過程計算

在壓縮機(jī)空冷器正常運(yùn)行條件下，將壓縮前后的天然氣進(jìn)行換熱可顯著降低天然氣進(jìn)塔溫度。模擬分析可知：在換熱器換熱面積×換熱系數(shù)設(shè)置為8 000～10 000時可滿足不同工況下需求，冷卻后溫度可控制在30～35℃。為進(jìn)一步降低壓縮機(jī)進(jìn)口溫度，建議對單站增壓站及區(qū)域增壓本站加熱流程進(jìn)行調(diào)整，通過設(shè)置旁通流程以滿足氣井開井及高壓氣井節(jié)流降壓的需求，從而有效降低壓縮機(jī)進(jìn)口天然氣溫度。

[1]馮叔初，郭揆常.油氣集輸與礦場加工[M］.山東：中國石油大學(xué)出版社，1992.

[2]張良，等.三甘醇脫水裝置影響因素定量分析[J］.內(nèi)蒙古石油化工，2010，30（4）：24-27.