凝析氣田節(jié)氣技術(shù)實踐

單 華 劉軒宇 王倩倩 李云鵬 李美鑫

中國石油塔里木油田公司天然氣事業(yè)部, 新疆 庫爾勒 841000

0 前言

天然氣作為清潔能源,近年來發(fā)展很快,在能源消耗的占有比例也越來越高[1-2]。在凝析氣田生產(chǎn)過程中,必然會自耗部分天然氣,只不過各凝析氣田之間消耗的程度不同。迪那凝析氣田投產(chǎn)以來，就把自用氣的消耗量作為精細管理的目標之一進行控制,在參數(shù)控制、井口不放噴投產(chǎn)、閃蒸氣回收利用、密閉灌泵、火炬損耗氣消耗等方面進行了技術(shù)分析并應用于實際,年節(jié)約天然氣損耗氣305×104m3。

1 凝析氣田處理工藝及主要損耗氣1.1 凝析氣田處理工藝

來自氣井井底的原料氣進入油氣處理廠后,一般要脫水以滿足水露點的要求,同時回收部分重烴組分,滿足烴露點的要求,以防在長輸管線中析出液態(tài)水和重烴,影響管輸效率,同時,重烴成分經(jīng)過分餾穩(wěn)定或輕烴回收裝置處理后單獨外賣,獲得較高的經(jīng)濟效益。脫水一般采用分子篩脫水或三甘醇脫水工藝。如果井口有較高的壓力可以利用,也可采用低溫工藝將水和重烴同時脫除。迪那凝析氣田由于井口有較高的壓力利用,采用J-T閥節(jié)流膨脹制冷進行脫水脫烴[3]。

1.2 主要損耗氣

在對天然氣進行脫水脫烴的過程中,需要消耗部分天然氣。這些消耗包括[4-11]：單井放噴損耗，供熱系統(tǒng)消耗，火炬速度封、長明燈損耗，檢修放空損耗，閃蒸氣放空損耗，裝置泄漏損耗。

2 凝析氣田節(jié)氣措施

2.1 縮短單井放噴時間

氣井投產(chǎn)之前須進行放噴,再進入生產(chǎn)流程。放噴的目的：攜帶井底雜質(zhì)(如鉆井液、泥沙等)防止對油嘴、管線沖蝕；提升溫度防止油嘴節(jié)流降溫導致管線凍堵。迪那凝析氣田投產(chǎn)時，先放噴將油溫升到40℃以上再進生產(chǎn)流程。要將油溫提高至40℃需要放噴1 h，這段時間產(chǎn)生的天然氣只能燒掉,浪費資源又污染環(huán)境。2011年,作業(yè)區(qū)和設(shè)計單位采用HYSYS軟件進行模擬并與現(xiàn)場實際相結(jié)合,得出單井油溫升至25℃左右,即具備單井投產(chǎn)要求[12]。

油溫提高至25℃最多需要15 min,與原設(shè)計相比,每口井減少放噴時間45 min[13]。通過使用超聲波流量計進行計量,單井平均放噴量為4×104m3/h,故每口井放噴時間縮短后,每次開井可減少放噴量3×104m3。每年檢修需放噴24口井次,年減少放噴天然氣量：24×3×104m3=72×104m3。凝析氣田核實氣油比為 12 221,年減少放噴凝析油量約60 t。

由于水合物形成有一定的時間,且即使有水合物形成,如果時間不長,不足以導致堵塞,也會被高速氣流帶走,因此,對于短期關(guān)井,將干線的高壓天然氣反輸至井口,減少油嘴節(jié)流壓差,可大大提高節(jié)流溫度。經(jīng)計算,當井口油溫為40℃，壓力20 MPa的情況下，油嘴后壓力為12、6 MPa和空管時節(jié)流溫度分別為22.88、0.71、-39.61℃。因此當反輸氣壓力達到 12 MPa 時,可以實現(xiàn)不放噴開井,減少資源浪費。

2.2 優(yōu)化工藝參數(shù)

供熱系統(tǒng)給油氣處理廠提供熱源,也是耗氣大戶。凝析油穩(wěn)定、輕烴回收以及乙二醇再生系統(tǒng)四塔工藝都需要熱源供應,對這些系統(tǒng)的運行參數(shù)進行優(yōu)化可以大大降低熱源要求,而油氣處理廠的熱源是通過導熱油爐燃料天然氣得到,因此,優(yōu)化裝置運行參數(shù)即可減少天然氣消耗。迪那凝析氣田在實際運行過程中,以設(shè)計單位提出的參數(shù)為基礎(chǔ),不斷優(yōu)化和調(diào)整工藝參數(shù),優(yōu)化前后參數(shù)見表1[14]。

表1四塔優(yōu)化前后參數(shù)

名稱塔底溫度/℃塔頂壓力/MPa能耗/kW設(shè)計運行設(shè)計運行設(shè)計運行脫乙烷塔1181072.11.9247273046脫丁烷塔2151951.451.2830762590凝析油穩(wěn)定塔135850.50.1816581037乙二醇再生塔140125107981378930總負荷----108397603

2.3 回收閃蒸氣

油氣處理廠在對進廠原料氣進行處理過程中,容器閃蒸出來的天然氣,要么作為燃料氣使用,要么放空,或者進壓縮機壓縮后回收利用[15]。當作為燃料氣使用時,由于其水露點高,往往會導致節(jié)流過程中凍堵,影響工藝運行,而放空又會造成能源損失。如果油氣處理廠有壓縮機,則將油氣處理過程中的閃蒸氣通過壓縮機進行壓縮后回收利用,不失為一個好的處理辦法。

2.3.1 回收乙二醇富液三相分離器閃蒸氣

乙二醇富液三相分離器閃蒸出來的不凝氣原設(shè)計進入放空系統(tǒng)燃燒,既浪費能源,又污染環(huán)境。經(jīng)過研究,乙二醇富液三相分離器閃蒸出來的不凝氣壓力為0.25 MPa,根據(jù)壓力等級可以進入增壓站穩(wěn)壓機一級入口進行回收。現(xiàn)場新增1條DN 50碳鋼管線,接入穩(wěn)壓機一級入口,實現(xiàn)放空氣回收。

2.3.2 回收事故油罐閃蒸氣

同樣,凝析油事故油罐是經(jīng)過燃料氣補壓將罐內(nèi)液體壓至系統(tǒng)回煉,每次補壓消耗燃料氣約400 m3,壓液完成后全部放空,既浪費資源又不利于環(huán)保,經(jīng)分析研究后,新增1條去穩(wěn)定氣分液罐進入穩(wěn)壓機管線回收事故油罐閃蒸氣,節(jié)約能源并降低排放。每月壓液2次,每月可回收燃料氣800 m3，年節(jié)約天然氣9 600 m3。

2.4 實施密閉灌泵減少放空

迪那凝析氣田油氣處理廠日產(chǎn)液化氣130 t左右,利用球罐儲存,然后啟泵外輸至牙哈裝車站。對于離心泵而言,啟運前必須灌泵,灌泵后的大量液化氣放空至火炬燃燒。不僅損失了液化氣,還污染了環(huán)境。經(jīng)過分析,輕烴回收裝置區(qū)來的液化氣壓力為1.15 MPa,可將此高壓高溫液化氣引入液化氣外輸泵的出口,從出口經(jīng)過泵反向流入入口,再回流至儲罐內(nèi),達到密閉灌泵的目的[16],見圖1。同樣輕烴回收裝置的液化氣回流泵也按此設(shè)計進行密閉灌泵改造,見圖2。

圖1 液化氣外輸泵反向灌泵管線

圖2 液化氣回流泵反向灌泵管線

使用超聲波流量計進行計量,灌泵時間10 min,放空液化氣約0.45 t。

1)液化氣外輸泵需要3 d啟動1次,每年啟泵120次,改造后可節(jié)約液化氣54 t。

2)輕烴裝置每年裝置切換4次,液化氣回流泵啟動4次,改造后每年可節(jié)約液化氣1.8 t。

3)根據(jù)裝置運行要求,需要對液化氣外輸泵、液化氣回流泵每月切換1次,備用泵放空,4臺泵共放空24次,灌泵24次,每次灌泵節(jié)約液化氣0.45 t,每次放空節(jié)約液化氣0.22 t,改造后共節(jié)約液化氣16.08 t。

綜合以上三項,計算年節(jié)約液化氣71.88 t(合天然氣3.2×104m3)。

2.5 減少火炬放空損耗

為保證裝置放空時的安全,火炬一般設(shè)計有長明燈,用于確保緊急放空時及時燃燒。同時,為防止回火,還須設(shè)計有防回火裝置,分子封和速度封是常用兩種防回火裝置。迪那凝析氣田油氣處理廠有高、低火炬各1臺,燃料氣消耗為64 m3/h。

高、低壓火炬共設(shè)置5個長明燈,由于迪那凝析氣田油氣處理廠處于山前地帶,風頻繁猛烈,因此每支長明燈流量比較大,燃料氣量約控制在10 m3/h。查閱標準規(guī)范[17],單支長明燈的燃料氣消耗不宜大于4 m3/h,根據(jù)此要求對長明燈的氣量進行了調(diào)整,實際降為6 m3/h,調(diào)整后觀察火炬長明燈的燃燒情況,除個別大風天氣吹熄1～2支外,絕大部分時間長明燈都能正常燃燒,因此維持每支長明燈6 m3/h不變。與原設(shè)計相比,共節(jié)約燃料氣20 m3/h,全年節(jié)約燃料氣16×104m3。

迪那凝析氣田油氣處理廠高、低壓火炬都采用速度封防止回火。當火炬處于待命或小流量運行狀態(tài)時,在速度密封器入口前端連續(xù)通入吹掃氣體(氮氣或天然氣),通過減小局部流通面積及改變空氣滲入流向,防止空氣由火炬頭出口滲入,從而阻止回火或爆炸。速度封的原理,見圖3。

圖3 速度封的原理

按標準規(guī)范,為防止回火,速度封要保證火炬出口的最小流速V≥0.012 m/s。

迪那凝析氣田油氣處理廠高壓火炬為孔達音速火炬,進氣口管徑為762 mm(30英寸),高壓火炬速度封流量為:

=0.005 470 m3/s=19.69 m3/h

(1)

低壓火炬火炬頭直徑為DN 200,低壓火炬速度封流量為：

=0.000 376 8 m3/s=1.36 m3/h

(2)

則1套高壓火炬+1套低壓火炬速度封總流量為：

Q總≥19.69 + 1.36=21.05 m3/h

(3)

對于速度封密封氣,可以采用燃料氣,也可以采用氮氣。迪那凝析氣田油氣處理廠高壓火炬采用燃料氣作為速度封密封氣,而低壓火炬采氣氮氣。實際測試速度封密封氣的流量為33 m3/h,與計算值相比偏大。調(diào)整流量至 27 m3/h,節(jié)約燃料氣6 m3/h,年節(jié)約燃料氣5×104m3。

由于迪那凝析氣田油氣處理廠高壓火炬采用孔板火炬頭,根據(jù)設(shè)計文件和技術(shù)說明書,每個長明燈燃料氣的流量控制在1.4 m3/h即可,因此還有調(diào)整空間。另外,如果采用氮氣作為速度封密封氣,節(jié)約燃料氣更多,考慮到消耗空壓機和變壓吸附制氮裝置電能,經(jīng)計算,約增加耗電量3.75×104(kW·h)/a,與節(jié)約的燃料氣成本相比,花費更少。

2.6 減少裝置泄漏損耗

油氣處理廠的泄漏是不可避免,這不僅僅是因為閥門的本身結(jié)構(gòu)不保證零泄漏,還存在生產(chǎn)中閥芯出現(xiàn)磨損、損壞,會導致更大的泄漏[18-19]。特別是調(diào)節(jié)放空閥,圖4～5是兩種不同的放空設(shè)計流程。圖4的放空設(shè)計是調(diào)節(jié)閥前后設(shè)手動關(guān)閉旋塞閥,旋塞閥常開,旋塞閥和放空閥本身有一定的泄漏量,且在管線吹掃時如果調(diào)節(jié)閥閥芯被沖蝕,致閥不能密封,投產(chǎn)時放空量就比較大,浪費能源。同樣,也有其他氣田投產(chǎn)時個別閥門泄漏嚴重,火炬燃燒量較大。圖5的迪那凝析氣田油氣處理廠的放空設(shè)計是在調(diào)節(jié)閥前設(shè)置了連鎖切斷球閥。當壓力達到7.4 MPa時,球閥打開,壓力到7.5 MPa時,調(diào)節(jié)閥打開,調(diào)節(jié)放空。正常情況下,球閥關(guān)閉,確保關(guān)閉嚴密,泄漏量基本為零。

圖4 僅有調(diào)節(jié)放空閥

圖5 放空閥前有切斷閥

3 結(jié)論

迪那凝析氣田油氣處理廠采用多種措施，減少了天然氣損耗,全年節(jié)約燃料氣305×104m3。其他凝析氣田可根據(jù)實際運行工藝結(jié)合迪那凝析氣田油氣處理廠節(jié)氣措施采取不同形式的節(jié)氣方案。

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