天然氣低溫處理站烴水露點(diǎn)控制工藝改造方案

晏傳益　姚愿

摘 要：天然氣處理站烴水露點(diǎn)控制工藝通常采用注乙二醇防凍、J-T閥節(jié)流制冷，但隨著氣田開(kāi)發(fā)后期地層壓力的遞減，其外輸天然氣烴水露點(diǎn)有可能出現(xiàn)不穩(wěn)定、不合格現(xiàn)象。本文針對(duì)克75天然氣處理站烴水露點(diǎn)不能滿(mǎn)足外輸氣質(zhì)要求的問(wèn)題，提出對(duì)壓縮機(jī)出口天然氣水冷換熱、壓縮機(jī)進(jìn)口天然氣丙烷外冷和壓縮機(jī)出口天然氣丙烷外冷三種改造方案，并采用HYSYS軟件進(jìn)行模擬，結(jié)果顯示三種改造方案均可滿(mǎn)足天然氣烴水露點(diǎn)控制要求。同時(shí)，通過(guò)對(duì)三種改造方案進(jìn)行比選，可知壓縮機(jī)出口天然氣水冷換熱工程費(fèi)用、耗電量和維護(hù)費(fèi)用最低，所以推薦采用增加水冷換熱器對(duì)壓縮機(jī)后天然氣進(jìn)行冷卻。

關(guān)鍵詞：水露點(diǎn) 烴露點(diǎn) 改造方案 丙烷外冷

中圖分類(lèi)號(hào)：TE644 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）05（c）-0103-04

截至2017年底，中國(guó)累計(jì)探明常規(guī)天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量13.01萬(wàn)億m?，剩余可采儲(chǔ)量5.2萬(wàn)億m?。烴水露點(diǎn)為管輸天然氣的重要指標(biāo)，高低對(duì)管道輸送有較大影響，因此如何控制露點(diǎn)在氣田處理工藝中成為最主要的內(nèi)容[1]。目前，國(guó)內(nèi)大量天然氣處理站場(chǎng)已處于氣田開(kāi)發(fā)中后期，地面集輸工藝已不能滿(mǎn)足烴露點(diǎn)、水露點(diǎn)控制要求，需對(duì)其進(jìn)行適應(yīng)性改造[2]。本文以克75低溫處理站為目標(biāo)站場(chǎng)，進(jìn)行工藝改造分析。

克75低溫集氣處理站位于克拉瑪依東南約18km處，該站建于1993年，經(jīng)多年開(kāi)發(fā)，地面工藝已不能滿(mǎn)足氣藏開(kāi)發(fā)后期地層壓力衰減的需要。新疆油田公司采氣一廠(chǎng)于2009年對(duì)該站進(jìn)行了適應(yīng)性改造，總體流程改為進(jìn)站增壓、注乙二醇防凍、J-T閥節(jié)流制冷，低溫分離脫水脫烴工藝。改造后裝置處理規(guī)模40×104Nm3/d，目前實(shí)際處理量約16×104Nm3/d。

克75天然氣處理站2010年9月改造完成并投運(yùn)，2011年夏季檢測(cè)外輸氣水露點(diǎn)時(shí)，出現(xiàn)不合格現(xiàn)象?！遁敋夤艿拦こ淘O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50251-2003）中的規(guī)定，水露點(diǎn)應(yīng)比輸送條件下最低環(huán)境溫度低5℃；烴露點(diǎn)應(yīng)低于最低環(huán)境溫度。據(jù)此，外輸氣水露點(diǎn)應(yīng)<-5℃，烴露點(diǎn)應(yīng)<0℃。從檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，克75天然氣處理站外輸氣氣質(zhì)不能滿(mǎn)足此要求。

1 烴水露點(diǎn)控制現(xiàn)狀

克75集氣處理站氣處理工藝流程簡(jiǎn)述：?jiǎn)尉畞?lái)的高壓氣壓力1.1～3.2MPa、溫度20℃，節(jié)流至1.0～3.0MPa，單井來(lái)的低壓氣壓力0.6～2.8MPa、溫度10℃，節(jié)流至0.6～1.0MPa，分別進(jìn)入高低壓集氣管匯，進(jìn)入高低壓生產(chǎn)分離器進(jìn)行油氣分離，單井計(jì)量采用輪井分離計(jì)量工藝。分出的氣經(jīng)過(guò)流量計(jì)計(jì)量后，進(jìn)入壓縮機(jī)增壓至6MPa，與克82潛力區(qū)來(lái)的高壓氣匯合，在壓力6MPa、溫度30℃條件下注入乙二醇，進(jìn)入氣-氣換熱器換熱到2.0℃后，經(jīng)過(guò)J-T閥節(jié)流降壓到2.5MPa，溫度-17℃，然后進(jìn)入低溫分離器進(jìn)行分離，分出的天然氣經(jīng)過(guò)氣-氣換熱器與原料氣復(fù)熱后，在壓力2.15MPa，溫度15℃條件下計(jì)量、調(diào)壓外輸。

2 外輸天然氣烴水露點(diǎn)不合格原因

2.1 環(huán)境溫度高影響節(jié)點(diǎn)參數(shù)控制

天然氣經(jīng)壓縮機(jī)增壓后，溫度升高，而空冷器冷卻天然氣的能力有限，導(dǎo)致氣-氣換熱器殼程的天然氣進(jìn)口溫度隨環(huán)境溫度而改變（夏季≥40℃，冬季20℃～30℃），夏季時(shí)天然氣經(jīng)空冷后溫度為33℃～38℃，節(jié)流前溫度達(dá)13℃～16℃（工藝要求-5℃～10℃），難以達(dá)到低溫分離的要求。

2.2 低溫分離器入口液體發(fā)泡

正常生產(chǎn)中，外輸孔板流量計(jì)處能排出泡沫狀液體；檢修期間，氣-氣換熱器管程排出大量輕烴與乙二醇混合后發(fā)泡的液體，壓縮機(jī)出口管線(xiàn)、氣-氣換熱器殼層有發(fā)泡油質(zhì)（天然氣在壓縮過(guò)程中，凝析油發(fā)泡，分離器無(wú)法完全分離，從而進(jìn)入后端）。根據(jù)以上情況，凝析油和乙二醇發(fā)泡是影響低溫分離器分離效果的原因之一。

3 天然氣處理工藝改造方案優(yōu)選

通過(guò)分析，高低壓集氣、J-T閥節(jié)流制冷、注乙二醇防凍的低溫的分離工藝雖適合克75集氣站的高低壓進(jìn)料情況，但由于壓縮機(jī)后沒(méi)有設(shè)置冷卻裝置，導(dǎo)致其外輸天然氣烴水露點(diǎn)不合格。因此，針對(duì)夏季壓縮機(jī)排溫高，造成節(jié)流溫度達(dá)不到要求的問(wèn)題，提出增加水冷換熱器對(duì)壓縮機(jī)后天然氣冷卻、丙烷外冷前置工藝、丙烷外冷后置三種工藝方案進(jìn)行對(duì)比論證。

3.1 方案一：水冷冷卻

在壓縮機(jī)空冷器出口管線(xiàn)增加水冷換熱器，當(dāng)夏季氣溫高，空冷器天然氣出口溫度超過(guò)26℃時(shí)，啟用冷卻水循環(huán)系統(tǒng)冷卻天然氣。夏季流程簡(jiǎn)述如下：高、低壓氣井來(lái)氣分別進(jìn)入高低壓集氣管匯，進(jìn)入高低壓生產(chǎn)分離器進(jìn)行油氣分離，分出的氣經(jīng)過(guò)流量計(jì)計(jì)量后，進(jìn)入壓縮機(jī)增壓至6MPa，經(jīng)空冷器預(yù)冷后，進(jìn)新建水冷換熱器換熱至20℃～26℃后，進(jìn)壓縮機(jī)出口分離器進(jìn)行氣液分離，分離后的天然氣進(jìn)注入乙二醇，進(jìn)入氣-氣換熱器換熱到5℃～8℃后，經(jīng)過(guò)J-T閥節(jié)流降壓到2.25MPa，溫度-12℃～-15℃，然后進(jìn)入低溫分離器進(jìn)行分離，分出的天然氣經(jīng)過(guò)氣-氣換熱器與原料氣復(fù)熱后，在壓力2.15MPa，溫度6℃條件下計(jì)量、調(diào)壓外輸，HYSYS模擬工藝流程圖如圖1所示，方案一主要工程量如表1所示。

3.2 方案二：壓縮機(jī)出口天然氣丙烷外冷

在壓縮機(jī)空冷器出口管線(xiàn)增加丙烷換熱器，當(dāng)夏季氣溫高，空冷器天然氣出口溫度超過(guò)26℃時(shí)，啟用丙烷外冷系統(tǒng)冷卻天然氣。夏季流程簡(jiǎn)述如下：

高、低壓氣井來(lái)氣分別進(jìn)入高低壓集氣管匯，進(jìn)入高低壓生產(chǎn)分離器進(jìn)行油氣分離，分出的氣經(jīng)過(guò)流量計(jì)計(jì)量后，進(jìn)入壓縮機(jī)增壓至6MPa，經(jīng)空冷器預(yù)冷后，進(jìn)新建丙烷換熱器與丙烷外冷系統(tǒng)來(lái)低溫丙烷氣體換熱至20℃～26℃后，進(jìn)壓縮機(jī)出口分離器進(jìn)行氣液分離，分離后的天然氣進(jìn)注入乙二醇，進(jìn)入氣-氣換熱器換熱到5℃～8℃后，經(jīng)過(guò)J-T閥節(jié)流降壓到2.25MPa，溫度 -12℃～-15℃，然后進(jìn)入低溫分離器進(jìn)行分離，分出的天然氣經(jīng)過(guò)氣-氣換熱器與原料氣復(fù)熱后，在壓力2.15Mpa，溫度6℃條件下計(jì)量、調(diào)壓外輸，HYSYS模擬工藝流程圖如圖2所示，方案二主要工程量如表2所示。

3.3 方案三：J-T閥后丙烷外冷

在J-T閥后天然氣管線(xiàn)增加丙烷換熱器，當(dāng)夏季氣溫高，J-T閥節(jié)流后溫度高于-10℃時(shí)，啟用丙烷外冷系統(tǒng)冷卻天然氣。夏季流程簡(jiǎn)述如下：

天然氣經(jīng)壓縮機(jī)增壓至6MPa，經(jīng)空冷器預(yù)冷后，40℃～50℃進(jìn)壓縮機(jī)出口分離器進(jìn)行氣液分離，分離后的天然氣進(jìn)注入乙二醇，進(jìn)入氣-氣換熱器換熱到15℃～20℃后，經(jīng)過(guò)J-T閥節(jié)流降壓到2.25MPa，溫度-7℃～0℃，進(jìn)新建丙烷換熱器與丙烷外冷系統(tǒng)來(lái)低溫丙烷氣體換熱至-15℃后，進(jìn)入低溫分離器進(jìn)行分離，分出的天然氣經(jīng)過(guò)氣-氣換熱器與原料氣復(fù)熱后，在壓力2.15MPa，溫度9℃條件下計(jì)量、調(diào)壓外輸，HYSYS模擬工藝流程圖如圖3所示，方案三主要工程量如表3所示。

3.4 方案對(duì)比

從技術(shù)上分析，三個(gè)方案均可行。以下從工程投資、操作維護(hù)、運(yùn)行成本進(jìn)行對(duì)比分析，方案比選如表4所示。

根據(jù)表4三種改造方案對(duì)比結(jié)果，可見(jiàn)三種方案都可以滿(mǎn)足烴水露點(diǎn)控制要求，總體來(lái)說(shuō)方案一的工程費(fèi)用、耗電量和維護(hù)費(fèi)用最低，所以推薦采用方案一對(duì)集氣站進(jìn)行工藝改造。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)克75集氣站烴水露點(diǎn)控制流程的分析，主要結(jié)論如下。

（1）天然氣經(jīng)壓縮機(jī)增壓后，溫度升高，而空冷器冷卻天然氣的能力有限，導(dǎo)致氣-氣換熱器殼程的天然氣進(jìn)口溫度隨環(huán)境溫度而改變，夏季時(shí)天然氣經(jīng)空冷后溫度為33℃～38℃，不能滿(mǎn)足低溫分離的要求；氣-氣換熱器管程排出大量輕烴與乙二醇混合后發(fā)泡的液體，凝析油和乙二醇發(fā)泡是影響低溫分離器分離效果的原因之一。

（2）針對(duì)處理后的天然氣不能滿(mǎn)足烴水露點(diǎn)要求，本文提出提出增加水冷換熱器對(duì)壓縮機(jī)后天然氣冷卻、丙烷外冷前置工藝、丙烷外冷后置三種方案，并通過(guò)HYSYS模擬，論證了三種方案的可行性。同時(shí)，通過(guò)對(duì)三種改造方案進(jìn)行對(duì)比，可知采用方案一工程費(fèi)用、耗電量和維護(hù)費(fèi)用最低，所以推薦采用增加水冷換熱器對(duì)壓縮機(jī)后天然氣進(jìn)行冷卻。

參考文獻(xiàn)

[1] 申雷昆，蔣洪.天然氣烴水露點(diǎn)控制問(wèn)題探討[J].石油化工應(yīng)用，2017，36（4）：136-140.

[2] 曹洪貴，蔣洪，陶玉林，等.克拉美麗氣田天然氣烴水露點(diǎn)控制工藝改造[J].石油與天然氣化工，2013，42（4）：336-342.