邊遠(yuǎn)井口天然氣液化裝置的技術(shù)風(fēng)險與可靠性設(shè)計

梁威　沈斌　趙姍姍　岳慶　劉曉梅

摘 要：本文分對某液化天然氣裝置生產(chǎn)過程中遇到的問題進(jìn)行了總結(jié)，提出了針對井口天然氣特有的工藝設(shè)計要點及設(shè)備配置情況，為井口撬裝化LNG裝置設(shè)計提出關(guān)鍵性要求，保證裝置的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：邊遠(yuǎn)氣井；液化天然氣；技術(shù)風(fēng)險

1 前言

在陜北地區(qū)的長慶、延長、以及新疆地區(qū)等油氣田公司的一批邊遠(yuǎn)分散井也因為產(chǎn)量低、管道輸送經(jīng)濟(jì)性差等原因，完井后一直未能投入開發(fā)生產(chǎn)，造成了前期勘探、鉆井資金的巨大浪費(fèi)。據(jù)初步估計，在陜北地區(qū)這樣的邊遠(yuǎn)分散井大約有1000口左右，而其中30%的單井產(chǎn)氣量大約在1～5萬方/天，如果能有效的將這些氣井通過制取CNG、LNG的方式加以轉(zhuǎn)化利用，則每年可增加國內(nèi)天然氣產(chǎn)量15～50億立方米。隨著國內(nèi)外能源緊張問題逐步加劇，這部分能源有效回收利用也逐漸得到重視。

本文針對某井口LNG裝置生產(chǎn)過程中遇到的問題，嘗試探索出一條適用于邊遠(yuǎn)分散井制取LNG產(chǎn)品的有效工藝路線，指導(dǎo)國內(nèi)邊遠(yuǎn)氣井的開發(fā)利用。

2 某井口天然氣制LNG流程及問題

2.1 某井口天然氣組成

2.2 井口氣制LNG工藝流程

來自井口的高壓原料氣（～20MPa（G））經(jīng)加熱節(jié)流后（～5.5MPa（G）），經(jīng)三相分離器進(jìn)行固體雜質(zhì)和游離水的分離，一部分（～25%總氣量）經(jīng)降壓后去發(fā)電系統(tǒng)，其余則經(jīng)換熱后進(jìn)入吸收塔底部，與由塔頂自上而下流動的MDEA貧液逆流接觸，吸收其中的CO2。離開吸收塔頂部的是含飽和水的濕凈化氣（CO2≤50ppm）。

脫水工藝采用等壓再生脫水技術(shù)。凈化氣來自MDEA脫酸單元，經(jīng)凈化氣過濾分離器除去液滴后，經(jīng)調(diào)節(jié)閥分為兩路。其中主路（～85%總量）經(jīng)干燥塔脫水至<1ppmV后送至下游工序。

干燥后的天然氣進(jìn)入脫汞塔，在專用脫汞劑的作用下，使出塔氣體中汞降至<0.01μg/m3，凈化天然氣送至冷箱進(jìn)行深冷液化。

冷箱內(nèi)的換熱器為鋁質(zhì)釬焊板翅式換熱器，位于冷箱內(nèi)部，脫酸脫水脫汞的凈化氣從頂部進(jìn)入進(jìn)入冷箱的主換熱器內(nèi)，冷卻直至液化，再經(jīng)調(diào)節(jié)閥（J-T閥1）節(jié)流降壓后得到～-155℃的LNG產(chǎn)品，經(jīng)槽車外運(yùn)。

2.3 現(xiàn)場運(yùn)行存在的問題

①M(fèi)DEA脫碳單元調(diào)試過程中，當(dāng)原料氣的負(fù)荷從50%～85%時，胺液循環(huán)泵必須同時開才能滿足產(chǎn)品氣的凈化要求，初步判斷MDEA脫碳系統(tǒng)設(shè)計處理量偏小；②等壓脫水單元按照設(shè)計工況的時序表進(jìn)行操作時，發(fā)現(xiàn)吸附塔的吸附時間緩慢縮短，且吸附末期時吸附塔的壓降明顯增大，初步判斷為吸附劑再生不完全造成；③冷箱正式進(jìn)原料氣后，主換熱器的原料氣通道壓力降快速增大，在整個調(diào)試期間冷箱深冷段出現(xiàn)了2次嚴(yán)重凍堵發(fā)生；④現(xiàn)場靠近預(yù)處理的主工藝裝置撬附近，有明顯的臭雞蛋氣味，尾氣中H2S排放量可能超標(biāo)；⑤MR循環(huán)系統(tǒng)，因沒有設(shè)置流量監(jiān)測和組分分析儀，導(dǎo)致系統(tǒng)一直無法準(zhǔn)確把握系統(tǒng)中冷劑配比情況，裝置能耗較大。

3 井口天然氣液化裝置可靠性設(shè)計

針對本套井口氣制LNG裝置的問題，以及邊遠(yuǎn)氣井的原料氣狀態(tài)、組分等不穩(wěn)定性，并結(jié)合邊遠(yuǎn)氣井的規(guī)模、可用占地以及施工條件等因素，可靠的設(shè)計方案應(yīng)具備如下特點：

①模塊化的干法脫硫單元。保證裝置可根據(jù)原料含H2S氣體的含量（≥20ppmV），選擇性的配置脫硫單元，同時因干法脫硫單元所需設(shè)備數(shù)量少，較容易成撬及更換，是較理想的邊遠(yuǎn)井口脫硫方式，保證脫硫后原料氣含H2S<10ppmV；②寬調(diào)節(jié)范圍的脫酸單元設(shè)計。井口氣生產(chǎn)受地質(zhì)環(huán)境影響，常出現(xiàn)CO2含量波動情況，為確保裝置能適應(yīng)氣井不同時期及裝置在不同氣井的循環(huán)使用，因此常將原料氣中的CO2按照一個較大的含量進(jìn)行設(shè)計（5%～8%），并在脫酸系統(tǒng)輔機(jī)的選型中，對關(guān)鍵耗能設(shè)備配置變頻調(diào)節(jié)，保證裝置在寬的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)保持高效；③變壓吸附法深度脫重?zé)N設(shè)計。對于一般的氣井可將脫水和脫重?zé)N裝置耦合在同一套變壓吸附裝置中，確保進(jìn)冷箱的凈化氣中H2O<1ppmV、C5+<10ppmV；對于油田伴生氣組分中C5+超過1500ppm時，建議單獨(dú)配置變壓吸附塔，以便根據(jù)實際生產(chǎn)情況調(diào)整吸附周期；④采用帶預(yù)冷的MRC混合制冷工藝與高效螺桿壓縮機(jī)。帶預(yù)冷的流程將單混合冷劑流程能耗更低，且采取高效油分控制進(jìn)冷箱主換熱器的MR組分<5ppm，保證MR組分在冷箱中安全穩(wěn)定長期運(yùn)轉(zhuǎn)；⑤裝置全撬裝化供貨和安裝。撬裝設(shè)計可以降低現(xiàn)場的工作量，降低施工成本，有利于裝置搬遷?？筛鶕?jù)不同地區(qū)的需求組裝成不同液化能力的液化裝置，具有較大的市場靈活性。

4 結(jié)論

①邊遠(yuǎn)井口氣因其氣源特殊性，必須重視裝置的獨(dú)特性，切不可貿(mào)然拷貝大型LNG調(diào)峰液化裝置工藝流程；②井口氣制LNG工藝方案是可行的，在具體項目實施時，務(wù)必將影響裝置可靠性的各項因素采取措施預(yù)防；③全撬裝化的LNG液化裝置是適合邊遠(yuǎn)氣井的高效開發(fā)的，此項技術(shù)值得大力推廣。