天然氣儲氣庫脫水處理工藝技術(shù)研究

盧冰

[摘 要]地下儲氣庫作為一種將開采出的天然氣輸送至地下可以保存氣體的空間而形成的人工氣田或氣藏，可以有效地解決城市用氣過程中存在的不均勻性，并能極大的滿足季節(jié)調(diào)峰的需求。在意外事故導(dǎo)致供氣中斷時(shí)，它還可以提供大量的氣源，增加了供氣的可靠性。從儲氣井里采出來的天然氣里充滿了飽和水蒸氣。天然氣被壓縮或冷卻時(shí)，水蒸汽會轉(zhuǎn)變成液態(tài)或固態(tài)。液態(tài)水會加速設(shè)備的腐蝕，降低輸氣效率；而固態(tài)的冰則會堵塞閥門、管件甚至輸氣管線。為避免出現(xiàn)這些問題，在天然氣進(jìn)入輸氣管網(wǎng)之前，必須除掉其中的部份水蒸氣。儲氣庫天然氣脫水工藝就是采用一定的方法使天然氣中飽和的水蒸氣脫除出來的工藝系統(tǒng)。自儲氣庫的濕天然氣經(jīng)采氣管線進(jìn)入集配氣站計(jì)量后集輸至注采站，在注采站內(nèi)需要經(jīng)脫水裝置脫水合格、計(jì)量后才能輸送至長輸管線。本文所要論述的是儲氣庫的脫水工藝。

[關(guān)鍵詞]儲氣庫 脫水 工藝

中圖分類號：TE822 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）30-0031-01

1.前言

儲存天然氣的最佳方式是天然氣地下儲氣庫，儲氣庫的基本原理是在較深的地下，建造一個(gè)比較封閉的結(jié)構(gòu)體，在地面用泵送的辦法把天然氣注入到這個(gè)構(gòu)造中儲存起來。當(dāng)需要時(shí)，又通過生產(chǎn)井把天然氣采出到地面輸送到用戶。天然氣是一種清潔、廉價(jià)、高燃燒值的天然燃料，又是重要的有機(jī)化工原料。隨著中國天然氣資源的不斷發(fā)現(xiàn)和開采，天然氣的應(yīng)用日趨廣泛。特別是隨著國家治理大氣環(huán)境污染的力度加大，北京、上海、天津等大中城市正逐步用天然氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃料煤甚至液化氣，居民用戶基本實(shí)現(xiàn)全覆蓋，正積極對工業(yè)、商服用戶實(shí)行“煤改氣”，淘汰燃煤鍋爐的使用。由于受氣候條件、用戶種類和用量等因素影響，天然氣的用量存在極大的不均衡性，為了保證天然氣的供需平衡，天然氣供應(yīng)商必須具備儲存手段，以便隨時(shí)調(diào)整輸出量并保證管道壓力平衡，滿足用戶需求。地下儲氣庫是儲存天然氣的一種比較好的方式。

天然氣脫水工程即采用一定的方法使天然氣中飽和的水脫除出來的工藝。本文以儲氣庫采氣期的井口天然氣脫水過程為背景，對儲氣庫脫水工藝類型、一般流程、脫水劑的選型、主要工藝設(shè)備、原理、安全和職業(yè)衛(wèi)生防護(hù)及運(yùn)行期的污染與防治等做一簡要介紹和分析。

2.脫水劑選型

儲氣庫采出氣經(jīng)凈化后輸至輸氣干線，作為管線調(diào)峰用氣。外輸天然氣達(dá)到二類天然氣的要求，天然氣水露點(diǎn)比輸送條件下的最低環(huán)境溫度低5℃，烴露點(diǎn)低于或等于最低環(huán)境溫度，按照輸送管道設(shè)計(jì)要求，烴水露點(diǎn)應(yīng)≤-15℃。來自儲氣庫的天然氣，經(jīng)過集輸支管管線進(jìn)入集配氣站，由集配氣站經(jīng)集輸干管輸送至注采站，在注采站內(nèi)經(jīng)重力分離器及過濾分離器分離掉其中的游離水、凝析油及機(jī)械雜質(zhì)后，進(jìn)入脫水裝置，脫水合格后經(jīng)計(jì)量調(diào)壓輸送至分輸站。在采氣末期，當(dāng)儲氣庫壓力低于注采站出站壓力時(shí)，利用注氣壓縮機(jī)增壓，增壓后天然氣進(jìn)入出站管網(wǎng)。

2.1 脫水劑選擇

對于儲氣庫，底部會存有―定量的水分，在采氣初期，這些水會隨著天然氣夾帶出地面，隨著采氣量的不斷增大，底部存留的水量會逐漸減少。天然氣脫水的方法有很多種，一般分為溶劑吸收法、固體干燥劑吸收法、直接冷卻法、注防凍劑（脫水機(jī)）法、化學(xué)反應(yīng)法等。有些井場，可利用天然氣的壓能獲取低溫以達(dá)到所要求的水露點(diǎn)及烴露點(diǎn)。據(jù)資料顯示，大約85%的儲氣井采用脫水劑脫水。管道儲氣庫也采用脫水劑脫水法除去采氣井口采出的濕天然氣中的水份。而儲氣庫作為應(yīng)急調(diào)峰設(shè)施對脫水劑的要求較高：（1）對天然氣有較高的脫水深度；（2）選擇吸收；（3）熱作用和化學(xué)反應(yīng)穩(wěn)定；（4）蒸汽壓低；（5）粘度小；（6）對設(shè)備無腐蝕；（7）密度?。唬?）容易再生；（9）價(jià)格低廉、易于獲得。

常用的脫水劑主要有甲醇、乙二醇、三甘醇。甲醇一般不回收，甲醇的損失量較大，對環(huán)保有不利影響，除了緊急情況下采用，大量注入已不常采用。乙二醇或三甘醇是一種比較經(jīng)濟(jì)的脫水方法，已廣泛用于氣田集輸以及凈化廠的天然氣脫水工序中。目前國內(nèi)儲氣庫通常采用三甘醇作為脫水劑。

2.2 三甘醇特性

三甘醇具有凝固點(diǎn)低、熱穩(wěn)定性好，易于再生，蒸汽壓低，夾帶損失小，吸水性強(qiáng)，三甘醇貧液濃度高，露點(diǎn)降大等特點(diǎn)。另外，其沸點(diǎn)高，常溫下基本不揮發(fā)，毒性很輕微，不會引起呼吸中毒，與皮膚接觸也不會引起傷害。純凈的三甘醇溶液本身對碳鋼不腐蝕，發(fā)泡和乳化傾向相對較小。

3.脫水工藝流程

來自儲氣庫的濕天然氣經(jīng)過輸氣干管進(jìn)入注采站匯管，再經(jīng)重力分離器及過濾分離器分離掉其中的游離水、凝析油及機(jī)械雜質(zhì)后，進(jìn)入三甘醇脫水裝置。在三甘醇脫水裝置中，濕天然氣由吸收塔下部的天然氣進(jìn)口進(jìn)入三甘醇脫水吸收塔，與塔頂流下的貧三甘醇溶液充分接觸，脫水后由塔頂天然氣出口出塔，然后進(jìn)套管換熱器與進(jìn)塔貧甘醇換熱后經(jīng)壓力控制閥后出裝置?？刂崎y前壓力即吸收塔工作壓力。

富三甘醇由吸收塔富液出口出塔，進(jìn)入三甘醇循環(huán)泵高壓端，降壓后出泵部分進(jìn)入再生精餾柱頂，與三甘醇中再生出來的水蒸汽換熱，加熱至50～80℃后進(jìn)閃蒸罐，閃蒸出溶于富甘醇內(nèi)的部分烴類及隨富三甘醇進(jìn)泵的天然氣。富液經(jīng)閃蒸罐閃蒸脫氣后分別通過濾布過濾器、活性炭過濾器進(jìn)入三甘醇貧富液換熱器、換熱緩沖罐與貧三甘醇換熱130～150℃左右進(jìn)富液精流柱精餾，提濃后的貧甘醇進(jìn)入重沸器下部的換熱緩沖罐。

貧液出換熱緩沖罐后，經(jīng)過三甘醇貧-富液換熱器后經(jīng)過濾器進(jìn)三甘醇循環(huán)泵低壓端，三甘醇循環(huán)泵將貧三甘醇壓力由常壓增為10MPa后，進(jìn)入套管換熱器與出吸收塔干氣換熱，進(jìn)一步冷卻后進(jìn)入吸收塔塔頂。儲氣庫脫水流程：原料氣→過濾分離器（除去液固雜質(zhì)）→吸收塔（與甘醇逆流接觸脫水）→干氣/貧甘醇換熱器→計(jì)量調(diào)壓→輸氣管線

4.脫水設(shè)施配置

常見的三甘醇脫水裝置分為低溫高壓（天然氣脫水）系統(tǒng)和高溫低壓（甘醇再生）系統(tǒng)兩部分，應(yīng)用了吸收、分離、氣液接觸、傳質(zhì)、傳熱和抽提等原理，露點(diǎn)降通?？蛇_(dá)到30e-60e，最高可達(dá)85e。三甘醇脫水設(shè)備主要包括吸收塔及三甘醇再生撬。

5.運(yùn)行期主要的污染及防治

5.1 采氣階段污染源及污染物

（1）注采站三甘醇脫水裝置的排放尾氣，主要為水蒸氣，含少量甲烷和乙烷以上烴類，以及微量CO2、N2等。（2）注采站三甘醇脫水裝置的排放的污水，主要污染物為柴油類。

5.2 運(yùn)行期防治

（1）為減輕天然氣處理過程中氣體的損失，進(jìn)出裝置設(shè)置切斷閥，一旦發(fā)生事故，切斷氣源，從而最大限度地減少氣體的排放量；（2）三甘醇裝置設(shè)焚燒爐，排放尾氣不合格時(shí)可以經(jīng)過焚燒后排放。（3）加強(qiáng)天然氣處理裝置的生產(chǎn)管理，盡量減少生產(chǎn)事故時(shí)進(jìn)入空氣環(huán)境。

6.安全及職業(yè)衛(wèi)生防護(hù)

考慮到三甘醇脫水裝置設(shè)有重沸器（明火設(shè)備），應(yīng)確保其與三甘醇裝置其它甲乙類設(shè)備設(shè)施之間的防火間距保持在15m以上。為防止三甘醇氧化變質(zhì)，儲罐（容器）通入天然氣進(jìn)行保護(hù)，對儲罐（容器）壓力進(jìn)行檢測并將信號引入注采站控制室，同時(shí)設(shè)置高低限報(bào)警裝置，必要時(shí)，對三甘醇儲罐（容器）壓力進(jìn)行控制。三甘醇在儲氣庫脫水工藝中循環(huán)利用，操作工巡檢到此處時(shí)可能接觸到三甘醇。平時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對脫水設(shè)備的維護(hù)和對工人的防護(hù)教育。三甘醇脫水裝置的再生精餾塔、再沸器等設(shè)備的操作溫度較高，存在著燙傷的危險(xiǎn)。脫水操作崗位存在低溫防護(hù)問題，該崗位在運(yùn)行期間操作工配備防護(hù)服、防護(hù)手套等用品并設(shè)置警示牌。

7.結(jié)論與認(rèn)識

對天然氣的脫水工藝來說，目前的技術(shù)已日趨發(fā)展成熟，但儲氣庫由于其依靠注水排鹵溶腔成型的特殊性，仍有一些工藝設(shè)備、參數(shù)的選擇和確定缺乏足夠的理論依據(jù)，這有待于技術(shù)人員在今后的工作中繼續(xù)進(jìn)行研究和探討。

參考文獻(xiàn)

[1] 謝滔，宋保建，閆蕾，吳勇，張國慶.國內(nèi)外天然氣脫水工藝技術(shù)現(xiàn)狀調(diào)研[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012年21期.

[2] 黃耀達(dá)，吳濤，關(guān)克明.淺談油氣集輸工藝過程及流程選用[J].石油和化工設(shè)備，2009年12期.