延長(zhǎng)氣田Ⅰ期天然氣凈化工藝技術(shù)

李 杰 李 鶴 楊 博 張書(shū)勤 韓建紅

陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院

延長(zhǎng)氣田Ⅰ期天然氣凈化工藝技術(shù)

李 杰 李 鶴 楊 博 張書(shū)勤 韓建紅

陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院

根據(jù)延長(zhǎng)氣田Ⅰ期開(kāi)發(fā)區(qū)塊天然氣組分、物性、生產(chǎn)規(guī)模等特點(diǎn)，采用MDEA脫碳，橇裝TEG脫水凈化工藝。延氣2和延128凈化廠建設(shè)規(guī)模都為300×104m3/d，可滿足延氣2-延128井區(qū)天然氣處理需求。凈化廠主體工程包括進(jìn)站分離、天然氣MDEA脫碳、天然氣TEG脫水、天然氣外輸?shù)?；延?凈化廠納入氣井207口、集氣站14座；延128凈化站納入氣井164口、集氣站10座。天然氣經(jīng)集氣站分離、計(jì)量后進(jìn)入凈化廠，原料氣進(jìn)站壓力為5.3 MPa，進(jìn)站溫度略高于地溫。

延長(zhǎng)氣田；天然氣凈化；脫碳；脫水；流程

引言

隨著我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)，天然氣需求量大幅增加，延長(zhǎng)石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)也步入快速發(fā)展期。延長(zhǎng)石油集團(tuán)延長(zhǎng)氣田區(qū)位于陜北斜坡中南部，探礦權(quán)區(qū)塊面積10 755.1 km2，資源潛力在7 500×108m3以上。截至目前，氣田Ⅰ期包括延氣2-延128井區(qū)，已建天然氣產(chǎn)能23×108m3/a。開(kāi)發(fā)層位為上古生界盒8組、山西組、太原組和本溪組，天然氣中CO2含量在5%以下，不含H2S，重?zé)N組分含量極少。長(zhǎng)慶靖邊氣田、榆林氣田、蘇里格氣田與延長(zhǎng)氣田同屬鄂爾多斯盆地，但靖邊氣田為含硫氣田[1]，榆林氣田為凝析氣藏[2]，蘇里格氣田為低硫低碳?xì)馓颷3]，而且延長(zhǎng)氣田與相鄰氣田凈化工藝也有較大差別。針對(duì)延長(zhǎng)氣田氣質(zhì)特點(diǎn)，采用MDEA脫碳，橇裝TEG脫水凈化工藝。

1 氣田地質(zhì)特征及天然氣物性

延氣2-延128井區(qū)典型原料氣組分見(jiàn)表1。

表1 延氣2-延128井區(qū)典型原料氣組分

延長(zhǎng)氣田延氣2-延128井區(qū)屬上古生界盒8組、山西組、太原組和本溪組四層合采，盒8組、山西組、太原組和本溪組氣層流體均屬于干氣，其流體性質(zhì)相同。天然氣來(lái)自于山西組-本溪組煤系烴源巖，具有典型煤成氣的組成特征。氣體中甲烷含量90%以上，乙烷以上總含量不到1%，非烴組分中以氮?dú)夂投趸紴橹?，基本不含H2S氣體，整體上屬無(wú)硫干氣，相對(duì)密度0.574 4～0.626。

與之相鄰氣田比較，靖邊氣區(qū)含H2S和CO2需要脫除；榆林氣田和蘇里格不含H2S，CO2含量在3%以下，需要脫水、脫油。長(zhǎng)慶氣田天然氣物性及凈化工藝見(jiàn)表2、表3[4-5]。

表2 長(zhǎng)慶氣田不同氣區(qū)天然氣物性

2 天然氣凈化廠概況及工藝流程

2.1 工程概況

延長(zhǎng)氣田延氣2-延128井區(qū)，建有延氣2和延128兩座凈化廠。延氣2井區(qū)產(chǎn)能規(guī)模為267.8× 104m3/d，延128井區(qū)產(chǎn)能規(guī)模為202×104m3/d。延氣2和延128凈化廠建設(shè)規(guī)模都為300×104m3/d，可滿足延氣2-延128井區(qū)天然氣處理需求。凈化廠主體工程包括進(jìn)站分離、天然氣MDEA脫碳、天然氣TEG脫水、天然氣外輸?shù)龋还霉こ讨饕ü╋L(fēng)及氮?dú)庀到y(tǒng)、燃料氣系統(tǒng)等；輔助生產(chǎn)部分主要包括火炬及放空系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等。延氣2凈化廠納入氣井207口、集氣站14座；延128凈化站納入氣井164口、集氣站10座。

表3 長(zhǎng)慶氣田不同氣區(qū)天然氣凈化工藝

2.2 天然氣凈化工藝

天然氣經(jīng)集氣站分離、計(jì)量后進(jìn)入凈化廠，原料氣進(jìn)站壓力為5.3 MPa，進(jìn)站溫度略高于地溫。

進(jìn)入凈化廠的天然氣首先進(jìn)入原料氣分離器，原料氣分離器底部含少量甲醇的液相，經(jīng)排污管道進(jìn)入廠內(nèi)污水罐，污水定期裝車(chē)?yán)\(yùn)至已建污水處理廠處理。原料氣分離器分離出的天然氣先后進(jìn)入原料氣聚結(jié)過(guò)濾器、MDEA吸收塔、濕凈化氣分離器、TEG吸收塔脫碳脫水。吸收CO2的MDEA富液進(jìn)入富液閃蒸罐，閃蒸出的氣體進(jìn)入燃料氣系統(tǒng)，MDEA富液換熱后進(jìn)入MDEA再生塔。再生后MDEA貧液濃度約40%，冷卻后再進(jìn)入MDEA吸收塔。

天然氣出TEG吸收塔后，經(jīng)過(guò)套管式換熱器進(jìn)入干凈化氣分離器，合格天然氣進(jìn)入外輸首站外輸。富TEG溶液進(jìn)入TEG再生系統(tǒng)，TEG再生系統(tǒng)集成在一個(gè)橇塊上，該橇裝包括閃蒸罐、預(yù)過(guò)濾器、活性炭過(guò)濾器、后過(guò)濾器、重沸器、再生塔、緩沖罐、循環(huán)泵、貧富液換熱器等，如圖1所示。脫碳脫水的主要工藝參數(shù)設(shè)計(jì)值和實(shí)際運(yùn)行值如表4所示。

圖1 TEG再生系統(tǒng)橇

表4 脫碳脫水主要工藝參數(shù)

3 主要設(shè)備

3.1 塔類

塔類主要包括吸收塔與再生塔[6]。脫碳吸收塔是脫碳系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備，目前成熟的形式主要有板塔式和填料塔[7]。延長(zhǎng)氣田凈化廠采用的是近幾年國(guó)內(nèi)外使用率較高的填料塔。填料的類型為250Y不銹鋼孔板波紋，它具有傳質(zhì)效果好、表面濕潤(rùn)率高的特點(diǎn)，同時(shí)在塔的頂部設(shè)有絲網(wǎng)除沫器用來(lái)捕集液體，在吸收塔內(nèi)設(shè)置2段填料，每段填料高度為5 m。主體材質(zhì)為Q345R+S31603復(fù)合鋼板。

MDEA再生塔也為填料塔，填料的類型與吸收塔一致，塔的頂部設(shè)有絲網(wǎng)除沫器用來(lái)捕集液體，在再生塔內(nèi)設(shè)置2段填料，每段填料高度為5 m，同時(shí)增大再生塔底部塔徑作為溶液緩沖容積，主要材質(zhì)為S31603。

TEG吸收塔也為填料塔，塔頂設(shè)有絲網(wǎng)除沫器用來(lái)捕集液體，在吸收塔內(nèi)設(shè)置1段填料，填料高度為4 m，主體材質(zhì)為Q345R鋼板。TEG再生塔集成在TEG橇塊上，與TEG再生塔底重沸器（包括貧液汽提柱及TEG緩沖罐）連接成一整體。塔內(nèi)精餾柱采用不銹鋼散堆填料，裝填高度約1.8 m。

3.2 過(guò)濾分離器

聚結(jié)過(guò)濾分離器主要是分離原料氣中攜帶的液體和雜質(zhì)，是集過(guò)濾、聚結(jié)、分離于一體的處理設(shè)備[8]。設(shè)備為立式結(jié)構(gòu)，氣體從進(jìn)口流入，其流速降低，流動(dòng)方向改變，然后氣流通過(guò)過(guò)濾組件，固體顆粒被除去，堆積在濾芯的外表面。此時(shí)小液滴尺寸不斷增大、沉降，最終脫離氣流，進(jìn)入設(shè)備儲(chǔ)液段。濾芯段采用快開(kāi)盲板，另一端采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。

MDEA再生系統(tǒng)預(yù)過(guò)濾器為濾芯式過(guò)濾器，濾芯材料采用不銹鋼濾材，過(guò)濾精度為25 μm，對(duì)胺液系統(tǒng)中大量的固體顆粒狀物質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾?；钚蕴窟^(guò)濾器濾芯材料采用中微孔發(fā)達(dá)的大容量活性炭填料床層，利用活性炭吸附表面積大這一特點(diǎn)來(lái)吸附溶液中的降解物質(zhì)和發(fā)泡物質(zhì)，防止和降低MDEA溶液的起泡性，提高溶液的傳質(zhì)效果。后過(guò)濾器為濾芯式過(guò)濾器，濾芯材料采用不銹鋼濾材，過(guò)濾精度為10 μm，對(duì)胺液系統(tǒng)剩余微量的懸浮狀固體進(jìn)行過(guò)濾。

3.3 換熱設(shè)備

原料氣換熱器選用占地空間少的重疊式換熱器，為4管程管殼式換熱器。MDEA貧富液換熱器為板式換熱器。它具有換熱效率高、物料流阻損失小、結(jié)構(gòu)緊湊、溫度控制靈敏、操作彈性大、裝拆方便、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，是目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的高效節(jié)能換熱設(shè)備。

天然氣貧TEG換熱器為套管式換熱器，內(nèi)管為吸收塔塔頂出氣管，貧TEG在套管中運(yùn)行，與出吸收塔凈化氣進(jìn)行換熱冷卻。

4 存在的問(wèn)題及建議

（1）目前原料氣中CO2含量低于設(shè)計(jì)值，凈化氣中CO2含量遠(yuǎn)低于國(guó)家Ⅱ類氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，不僅能耗高，而且經(jīng)濟(jì)效益低。建議選取更加合理的工藝參數(shù)，適當(dāng)提高產(chǎn)品氣中CO2含量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗且經(jīng)濟(jì)效益最大化的目的。

（2）原料氣聚結(jié)過(guò)濾器濾芯采用快開(kāi)盲板更換的形式，沒(méi)有工廠風(fēng)反吹掃的流程。在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)原料氣聚結(jié)過(guò)濾器壓差較大時(shí)，無(wú)法通過(guò)工廠風(fēng)反吹掃解堵降壓，只能達(dá)到過(guò)濾器的更換壓差時(shí)才可更換濾芯，不僅增加了更換濾芯的頻率，而且降低了裝置運(yùn)行效率。建議增加工廠風(fēng)反吹掃流程管線及相應(yīng)設(shè)施。

（3）凈化廠內(nèi)鍋爐房和裝置區(qū)在不同的位置，由鍋爐房至裝置區(qū)的蒸汽管線采取埋地敷設(shè)的方式，部分埋地敷設(shè)的蒸汽管線和管架上的蒸汽管線形成了一個(gè)“U”形管，管線的低點(diǎn)在埋地段，低點(diǎn)容易積水且這部分水不易排出。建議蒸汽管線都走管架，而不埋地敷設(shè)。

[1]王遇冬．天然氣處理與加工工藝[M]．北京：中國(guó)石化出版社，2007：66-67.

[2]李時(shí)宣，王登海，王遇冬，等．長(zhǎng)慶氣田天然氣凈化工藝技術(shù)介紹[J]．天然氣工業(yè)，2005，25（4）：150-153.

[3]劉祎，王登海，楊光，等．蘇里格氣田天然氣集輸工藝技術(shù)的優(yōu)化創(chuàng)新[J]．天然氣工業(yè)，2007，27（5）：139-141.

[4]關(guān)丹慶，陳小峰，王登海，等．長(zhǎng)慶氣田天然氣處理工藝研究[J]．石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2006，17（2）：24-27.

[5]巴璽立，楊莉娜，何軍，等．天然氣凈化廠技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析[J]．石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2009，20（3）：1-3．

[6]孟毅明，齊德珍．MDEA吸收塔操作參數(shù)的優(yōu)化[J]．油氣田地面，2012，31（7）：22-23.

[7]曹緯．國(guó)外填料塔最新發(fā)展[J]．石油化工設(shè)備，2010，29（2）：36.

[8]王澎，毛翔.天然氣凈化裝置用主要設(shè)備[J]．天然氣與石油，2006，24（2）：55-58.

（欄目主持 張秀麗）

中國(guó)石化濟(jì)青輸氣管道二線工程全線貫通

中國(guó)石化天然氣分公司加緊施工的濟(jì)青二線工程全長(zhǎng)358.918 km，管道自西向東經(jīng)過(guò)德州、濟(jì)南、淄博、青島等7個(gè)地市的12個(gè)縣區(qū)，沿線設(shè)置10座分輸站、14座閥室。截至2015年10月5日工程已經(jīng)完成了工藝區(qū)焊接、試壓、推掃等全部建設(shè)。該工程將多渠道、全方位實(shí)現(xiàn)氣源管網(wǎng)的互聯(lián)互通，以保障山東天然氣市場(chǎng)的需求。

胡慶明

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.10.016

李杰：2013年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)，主要從事石油與天然氣地面工程相關(guān)研究工作。

2015-03-30

18509291169、251121080@qq.com