處理含硫、凝析油天然氣三甘醇脫水橇工藝優(yōu)化探討

李亞萍，楊 鵬，劉子兵，梁璇璣

（1.西安長慶科技工程有限責(zé)任公司，陜西西安 710018；2.中國石油長慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安 710018）

長慶氣田的天然氣氣井根據(jù)氣藏的層位、開采方式等分為上古氣井和下古氣井。其中下古氣井的天然氣中均含有H2S 和CO2等酸性氣體，部分下古氣井的天然氣中含有凝析油。為減少酸性氣體對輸氣管道的腐蝕，長慶氣田的下古氣井采用了“多井集氣+小站脫水”的開采模式，目前百余下古集氣站小站脫水均選用三甘醇脫水工藝，其良好的脫水性能滿足氣田的生產(chǎn)要求，有效保證了氣田集輸管網(wǎng)的安全高效運(yùn)行。但是隨著氣田的進(jìn)一步開發(fā)，部分氣井的酸性氣體含量逐漸增高，并且產(chǎn)出高礦度地層水和凝析油，導(dǎo)致三甘醇脫水橇出現(xiàn)鹽結(jié)晶、換熱器腐蝕泄漏等問題。目前，氣田常用脫水橇的工藝流程圖（見圖1）。

圖1 常規(guī)三甘醇脫水橇的工藝流程圖

1 脫水橇運(yùn)行中存在的問題及原因分析

1.1 鹽結(jié)晶堵塞

由于天然氣中攜帶由高礦化度游離水，并且天然氣進(jìn)脫水橇前僅有一級重力分離器，導(dǎo)致游離水分離不徹底，大量高礦化度游離水進(jìn)入脫水橇中，不僅增加了脫水負(fù)荷，而且高礦化度水?dāng)y帶的鹽離子隨三甘醇溶液的再生結(jié)晶析出，致使三甘醇后循環(huán)管路堵塞，影響了脫水橇脫水效果。重沸器鹽結(jié)晶堵塞的照片（見圖2、圖3）。

圖2 重沸器內(nèi)的鹽結(jié)晶

圖3 重沸器火筒壁上的鹽結(jié)晶

1.2 板式換熱器的腐蝕泄漏

高礦化度地層水和凝析油溶解在三甘醇溶液中，隨三甘醇溶液的循環(huán)進(jìn)入板式換熱器，H2S 對換熱器的板片形成點(diǎn)蝕，地層水中的陽離子和陰離子對換熱器形成電化學(xué)腐蝕，同時(shí)凝析油會(huì)造成密封膠條的溶脹腐蝕，導(dǎo)致?lián)Q熱器出現(xiàn)泄漏，換熱器的壽命僅為6～12 個(gè)月。換熱器泄漏的照片（見圖4）。

圖4 換熱器的腐蝕泄漏

1.3 三甘醇溶液被污染后失效

圖5 過濾器濾芯的臟堵

由于原料氣中攜帶的高礦化度水和機(jī)械雜質(zhì)未得到有效分離而帶入三甘醇溶液中，導(dǎo)致三甘醇溶液被污染，其脫水性能變差，甚至失效，部分集氣站2～6 個(gè)月就需要更換一次溶液；并且三甘醇濾布過濾器和活性炭過濾器臟堵而頻繁更換（1～2 周/次）。過濾器濾芯臟堵的照片（見圖5）。

1.4 三甘醇再生尾氣、儀表風(fēng)排氣等環(huán)境污染

1.4.1 三甘醇再生尾氣 天然氣中的部分H2S 氣體會(huì)溶解在三甘醇溶液中，三甘醇再生過程中H2S 氣體隨著水蒸氣一起被解析出來，這些再生出來的尾氣直接排至大氣中，高含H2S 的廢氣導(dǎo)致集氣站及周邊環(huán)境嚴(yán)重污染。

氣田某集氣站100 萬立方米/天三甘醇脫水橇的含硫尾氣的氣量、氣質(zhì)情況（天然氣中H2S 含量為3 000 g/m3）（見表1）。

表1 100 萬立方米/天三甘醇脫水橇的含硫尾氣的氣量、氣質(zhì)

《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-1996)及《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB14554-1993）要求，氣田生產(chǎn)區(qū)域污染物排放應(yīng)當(dāng)執(zhí)行“三類區(qū)域三級標(biāo)準(zhǔn)”；《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB14554-1993）要求排放H2S 的排氣筒高度最低不得低于15 m，排氣筒高度為15 m 時(shí)的H2S最大排放量為0.33 kg/h。實(shí)際運(yùn)行中尾氣的排放高度僅為8 m，并且H2S 排放速率嚴(yán)重超標(biāo)。

目前對于高含硫集氣站通過增加尾氣焚燒的方式來拒絕惡臭問題，但是H2S 轉(zhuǎn)化為SO2排放，依然存在環(huán)境污染問題。

1.4.2 儀表風(fēng)排氣、閃蒸氣放空 脫水橇的儀表風(fēng)為裝置脫水后的干天然氣，由于其中溶解了部分H2S 氣體，調(diào)節(jié)閥周期性排空儀表風(fēng)時(shí)，站場有惡臭味，并且天然氣直接排放有一定的安全隱患。

裝置產(chǎn)生的閃蒸氣進(jìn)入燃料氣緩沖罐與調(diào)壓后的干氣混合后作為燃料氣，由于閃蒸氣為濕氣，在高含H2S 時(shí)會(huì)加劇燃料氣系統(tǒng)的腐蝕，因此，部分集氣站將閃蒸氣直接接入放空系統(tǒng)，造成了能源的浪費(fèi)，100 萬立方米/天脫水裝置閃蒸氣的放空量大約為16×104m3/a。

2 三甘醇脫水橇的工藝優(yōu)化探討

2.1 加強(qiáng)濕天然氣進(jìn)吸收塔前的過濾

《天然氣脫水設(shè)計(jì)規(guī)范》SY/T0076-2008，4.5 中規(guī)定“原料氣進(jìn)脫水橇前應(yīng)設(shè)置進(jìn)口分離器，除去直徑10 μm 以上的液滴……含有瀝青膠紙顆粒、粉塵或其他固體雜質(zhì)的天然氣，應(yīng)設(shè)置過濾分離器”。

而長慶氣田的原料氣進(jìn)脫水橇前一般安裝的是重力式過濾分離器，該種類型過濾器僅能除去100 μm以上的雜質(zhì)和液滴，導(dǎo)致100 μm 以下的雜質(zhì)和高礦化度液滴進(jìn)入到脫水橇中，造成三甘醇溶液污染和鹽結(jié)晶，嚴(yán)重影響脫水橇的正常運(yùn)行。

圖6 富液汽提工藝的三甘醇脫水橇工藝自控流程

表2 模擬計(jì)算參考?xì)赓|(zhì)情況（40 ℃，5.0 MPa）

表3 模擬計(jì)算參考?xì)赓|(zhì)情況（40 ℃，5.0 MPa）

因此，建議增加高效原料氣過濾分離器，分離掉原料氣中攜帶的游離態(tài)液滴及固體雜質(zhì)，減輕脫水橇的脫水負(fù)荷，防止大顆粒雜質(zhì)和游離水帶入造成溶液污染、鹽結(jié)晶等問題。

2.2 采用富液汽提工藝

在三甘醇進(jìn)入板式換熱器前增加一個(gè)三甘醇富液汽提塔。采用干天然氣節(jié)流降壓后作為汽提氣，通入富液汽提塔中，在富液進(jìn)入換熱器前脫除溶解在溶液中的酸性氣體和凝析油，將汽提產(chǎn)生的氣體采用固體脫硫后作為裝置的燃料氣和貧液汽提氣。采用富液汽提工藝的三甘醇脫水橇工藝自控流程（見圖6）。

采用UNISIM R390 軟件對富液汽提工藝進(jìn)行了模擬計(jì)算，其中原料氣的氣質(zhì)取氣田的最惡略工況，詳細(xì)氣質(zhì)情況（見表2）。富液汽提工藝的模擬計(jì)算結(jié)果（見表3）。

由模擬結(jié)果可以看出，采用富液汽提工藝后：

（1）富液中的大部分酸性氣體被汽提氣帶走，三甘醇富液中的H2S 僅為0.24 kg/h，可大幅度減少H2S 進(jìn)入再生尾氣，造成環(huán)境污染。針對再生尾氣的排放問題通過加高現(xiàn)有再生尾氣排氣筒的高度就可滿足排放要求。

（2）富液中的大部分凝析油均被汽提氣帶走，采用富液汽提工藝可大幅度減少腐蝕性介質(zhì)進(jìn)入板式換熱器、再生塔等再生設(shè)備中而引起的設(shè)備腐蝕。

同時(shí)燃料氣和汽提氣采用脫硫后的凈化氣，可以防止燃料氣系統(tǒng)的腐蝕。因此，采用富液汽提工藝可以同時(shí)解決環(huán)境污染、設(shè)備腐蝕等問題。

2.3 儀表風(fēng)采用壓縮空氣

建議在集氣站增加一套儀表風(fēng)壓縮機(jī)橇，脫水橇的儀表風(fēng)改用壓縮空氣。以解決干天然氣作為儀表風(fēng)引起的安全隱患和惡臭問題。

3 投資及經(jīng)濟(jì)性分析

3.1 現(xiàn)有脫水橇的改造投資估算

對氣田常用的100 萬立方米/天的脫水橇實(shí)施上述改造，其主要工作量是：增加一臺高效原料氣過濾分離器、將富液閃蒸罐更換為富液汽提塔、增加一臺脫硫罐、增加一臺儀表風(fēng)壓縮機(jī)橇等，改造投資估算（見表4）。

3.2 經(jīng)濟(jì)性分析

100 萬立方米/天脫水橇非正常運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)損失詳情（見表5）。采用上述工藝優(yōu)化后，可解決裝置目前存在的問題，每年新增的運(yùn)行費(fèi)用主要為脫硫劑的費(fèi)用，脫硫劑年耗量最大為62 t（脫硫劑硫容按照0.30 kg/kg計(jì)算，該類脫硫劑的市場價(jià)大約為1.5 萬元/噸），脫硫劑的購置費(fèi)為93 萬元。

表4 100 萬立方米/天的脫水橇改造的主要設(shè)備及投資估算表

表5 100 萬立方米/天脫水橇非正常運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)損失表

因此，采用上述工藝優(yōu)化后，不但可以保證脫水橇的安全、平穩(wěn)、連續(xù)運(yùn)行，而且一年節(jié)約的經(jīng)濟(jì)損失即可收回裝置的工藝改造費(fèi)用。

4 結(jié)論

針對長慶氣田高含硫、凝析油和礦化度地層水的下古氣藏，在天然氣三甘醇脫水時(shí)，應(yīng)對常規(guī)脫水工藝進(jìn)行以下優(yōu)化改進(jìn)：

（1）增加高效原料氣過濾分離器，確保無游離水和10 μm 以上的固體雜質(zhì)帶入到溶液中造成溶液污染的問題。

（2）三甘醇富液采用富液汽提工藝，在富液進(jìn)入換熱器前脫除溶解在溶液中的酸性氣體和凝析油，減少腐蝕性介質(zhì)進(jìn)入再生設(shè)備中而引起的設(shè)備腐蝕。

（3）將汽提產(chǎn)生的氣體采用固體脫硫后作為裝置的燃料氣和貧液汽提氣。

（4）脫水橇的儀表風(fēng)改用壓縮空氣。

［1］ 王遇冬主編.天然氣處理原理與工藝［M］.北京：中國石化出版社，2007.

［2］ 王開岳主編.天然氣凈化工藝［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2005.

［3］ 中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［S］.SYT0076-2003天然氣脫水設(shè)計(jì)規(guī)范，2003.

［4］ 中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［S］.SYT0602-2005甘醇型天然氣脫水裝置規(guī)范，2005.

［5］ 謝軍雄，等.三甘醇脫水裝置尾氣達(dá)標(biāo)排放措施研究［J］.石油與天然氣化工，2011，40（1）：32-36.