麗水36-1氣田三甘醇脫水裝置調(diào)試存在問題及處理

(長江大學(xué) 湖北 武漢 430100)

為防止外輸過程中產(chǎn)生水合物，同時(shí)降低外輸管線中的腐蝕情況，天然氣在進(jìn)入外輸管線之前必須進(jìn)行脫水。在麗水36-1氣田，設(shè)置了一套三甘醇脫水裝置，處理能力為120×104Sm3/d。天然氣脫水系統(tǒng)主要由濕氣過濾分離器、三甘醇接觸塔和干氣/貧三甘醇換熱器組成。天然氣脫水系統(tǒng)的脫水方法采用溶劑吸收法，吸收溶劑為三甘醇，脫水后的干氣的水露點(diǎn)需低于-20℃(在4700kPaG到7450kPaG范圍內(nèi))。三甘醇用以吸收天然氣中的水份，使其達(dá)到要求的露點(diǎn)后外輸。

一、三甘醇脫水工藝流程概述

三甘醇脫水裝置流程如下：氣井生產(chǎn)的井流物經(jīng)過氣嘴節(jié)流降壓后，進(jìn)入生產(chǎn)分離器進(jìn)行三相分離，從生產(chǎn)分離器出來的天然氣經(jīng)過天然氣冷卻器冷卻后，進(jìn)入天然氣過濾分離器除去一些液滴和固體雜質(zhì)，然后再進(jìn)入三甘醇接觸塔底部，由下向上與貧三甘醇溶液逆向接觸，使天然氣中的飽和水被三甘醇溶液所吸收。接觸塔塔頂出來的干氣，經(jīng)過干氣/貧三甘醇換熱器與貧三甘醇換熱后出三甘醇脫水裝置。出裝置后干氣與來自凝析油脫水系統(tǒng)脫水后的凝析油混合，通過一條12的海底管道輸至陸上終端。

經(jīng)干氣/貧三甘醇換熱器冷卻后的貧三甘醇溶液進(jìn)入接觸塔頂部，在吸收了天然氣中的飽和水后成為三甘醇富液，三甘醇富液從接觸塔底部流出送至三甘醇再生系統(tǒng)進(jìn)行再生。

三甘醇再生系統(tǒng)流程：從接觸塔底部流出的富TEG進(jìn)入三甘醇再生橇進(jìn)行再生。富TEG首先經(jīng)過TEG回流冷凝器換熱，而后再與來自再沸器的被加熱的貧甘醇在預(yù)熱換熱器換熱，而后進(jìn)入TEG閃蒸罐，將少量在吸收塔內(nèi)溶解于TEG中的天然氣閃蒸出來并排放至低壓火炬系統(tǒng)。閃蒸罐為臥式分離器，內(nèi)部設(shè)置了一個(gè)油槽，定期觀察油槽上設(shè)置的液位計(jì)來判斷是否需排液，排液時(shí)打開油管線出口的手動(dòng)閥將油排放到閉排管匯。

從閃蒸罐出來的富TEG首先經(jīng)過固體過濾器和活性炭過濾器，過濾掉夾帶的雜質(zhì)顆粒、烴類物質(zhì)和降解產(chǎn)物后，進(jìn)入貧TEG/富TEG換熱器與貧TEG換熱，富TEG被加熱后進(jìn)入再沸器。再沸器內(nèi)部的蒸餾塔為填料式，加熱后的氣體及水蒸汽在蒸餾塔頂冷卻后，水汽在塔頂排出，夾帶的TEG流向塔底。通過回流冷凝器的作用，上部蒸汽部分冷凝產(chǎn)生回流液體，從而在塔的填料口上端建立起溫度梯度。再沸器為的操作壓力為15kPaG，其內(nèi)設(shè)有電加熱器。再沸器的操作溫度為200℃，再生后的三甘醇濃度可達(dá)到99.5%。為提高TEG的再生純度，再沸器內(nèi)設(shè)有汽提柱，采用低壓燃料氣作為汽提氣，再生后的三甘醇濃度可達(dá)到99.9%，汽提氣的用量一般為36m3/h。

再生提純后的貧TEG進(jìn)入貧TEG/富TEG換熱器，冷卻后再經(jīng)TEG循環(huán)泵泵入吸收塔。TEG循環(huán)泵為一用一備，排量為1.14m3/h。

二、影響脫水裝置調(diào)試的客觀因素

1.原料氣流量低。在三甘醇脫水裝置調(diào)試初期，平臺只開了一口氣井生產(chǎn)，上游來氣量小(原料氣流量約15000m3/h)，未達(dá)到接觸塔的設(shè)計(jì)處理量55000m3/h。根據(jù)脫水裝置廠家意見，如果氣量低于30000m3/h，認(rèn)為不會達(dá)到裝置的設(shè)計(jì)性能，無法保證在小氣量的情況下水露點(diǎn)合格。

2.進(jìn)接觸塔的來氣溫度過低。在三甘醇脫水裝置調(diào)試的過程中，上游來氣溫度最高才上升到16℃，遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)操作溫度35℃，導(dǎo)致接觸塔內(nèi)三甘醇粘度增大，脫水效率降低，且三甘醇的損耗量將增大，并導(dǎo)致三甘醇再生加熱爐加熱負(fù)荷過大。

3.原料氣中CO2含量在30%～35%之間，含量較高。CO2的存在，降低了三甘醇脫水裝置的露點(diǎn)降，同時(shí)CO2分壓大于0.021MPa的濕天然氣，還會引起設(shè)備的腐蝕。因此，CO2的存在對三甘醇脫水系統(tǒng)的影響是一個(gè)不容忽視的問題。

三、脫水裝置調(diào)試中存在問題

由于上述客觀因素的影響，三甘醇脫水裝置在調(diào)試過程中出現(xiàn)以下一些問題：

1.三甘醇再生加熱爐未達(dá)到設(shè)定溫度200℃。加熱爐的輸出功率已達(dá)到100%，但三甘醇再生溫度上升很慢，其原因是天然氣進(jìn)接觸塔溫度太低，過低的來氣溫度像是一個(gè)冷源，超過了加熱爐的加熱負(fù)荷。但相信來氣條件達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，加熱爐的溫度會達(dá)到設(shè)定溫度200℃。

2.三甘醇預(yù)熱換熱器及貧/富三甘醇換熱器換熱效果差，導(dǎo)致三甘醇循環(huán)泵入口高溫。經(jīng)過再生的貧三甘醇從再沸器里流出，經(jīng)過預(yù)熱換熱器及貧/富三甘醇換熱器兩級換熱冷卻以后，溫度僅僅下降了40℃，以此同時(shí)，富三甘醇經(jīng)過兩級換熱加熱以后溫度僅僅升高了40℃。換熱器換熱效果差，直接導(dǎo)致三甘醇循環(huán)泵入口高溫，且加重了再沸器的熱負(fù)荷，在加熱爐輸出功率恒定的情況下，導(dǎo)致三甘醇再生溫度無法達(dá)到200℃。

3.三甘醇循環(huán)泵入口出現(xiàn)負(fù)壓，發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。循環(huán)三甘醇時(shí)，三甘醇外輸流量計(jì)顯示其循環(huán)量為1.2m3/h(泵的額定排量為1.14m3/h)，也就是說甘醇泵以額定排量進(jìn)行循環(huán)，發(fā)現(xiàn)兩級換熱器之間貧甘醇壓力表顯示為負(fù)數(shù)，泵入口壓力表讀數(shù)為零，泵入口形成負(fù)壓，泵出現(xiàn)異常噪音，振動(dòng)較大。

4.回流冷凝器溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)操作溫度。在三甘醇脫水裝置調(diào)試過程中，即使再沸器溫度達(dá)到了200℃，回流冷凝器的溫度最高只能達(dá)到91℃，達(dá)不到操作溫度(98～102℃)。為了避免回流冷凝器的溫度進(jìn)一步降低，接觸塔出來的富甘醇全部走回流冷凝器的旁通?；亓骼淠鳒囟冗^低，直接導(dǎo)致更多的水蒸氣被冷凝回流，增加了再沸器的工作負(fù)荷，甚至影響三甘醇的再生純度。

5.在線露點(diǎn)儀無法測試水露點(diǎn)。取樣管是一寸管線，未保溫，從頂層平臺接觸塔頂部直到第二層平臺含水分析儀所在位置，長度大約為30米。在檢查系統(tǒng)后，發(fā)現(xiàn)取樣管線中有冷凝液，分析儀凍堵。

6.三甘醇損耗量大，存在發(fā)泡現(xiàn)象，且三甘醇顏色發(fā)生變化，由白色透明變黃褐色。

四、調(diào)試存在問題的思考及處理

針對調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，在廠家工程師及平臺生產(chǎn)人員的共同努力下，問題基本得予解決。

1.保證來料氣入口溫度在設(shè)計(jì)溫度范圍內(nèi)。隨著上游來氣溫度的升高，整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)溫度逐漸上升，加熱爐溫度已達(dá)到設(shè)定溫度200℃，故調(diào)試初期加熱爐溫度無法達(dá)到設(shè)定溫度的直接原因就是來料氣溫度低。

2.泵出口增加回流管線，適當(dāng)降低三甘醇循環(huán)量。經(jīng)過對三甘醇循環(huán)泵的實(shí)際排量進(jìn)行標(biāo)定，發(fā)現(xiàn)泵的真實(shí)排量為2.2m3/h，遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)排量1.14m3/h，且泵出口的流量計(jì)存在偏差。對泵出口流量卡進(jìn)行重新標(biāo)定，且在兩臺泵出口增加回流管線，通過回流管線上針閥與截止閥將循環(huán)量調(diào)節(jié)到1.0m3/h左右，此時(shí)兩個(gè)換熱器之間貧甘醇壓力表顯示20KPa左右，三甘醇循環(huán)泵入口壓力顯示10KPa左右，三甘醇泵氣蝕現(xiàn)象消失，運(yùn)行正常，且兩級換熱器換熱效果得到明顯改善，富三甘醇進(jìn)精餾柱溫度達(dá)到了160℃左右，貧三甘醇進(jìn)循環(huán)泵入口的溫度降至50℃左右。若將回流關(guān)閉泵滿排量運(yùn)行，泵入口溫度迅速上升，且很快就產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。通過試驗(yàn)，說明泵的選型有問題，泵排量偏大，通過增加回流管線、調(diào)小三甘醇循環(huán)量，問題得予解決。

3.投用汽提氣，在回流冷凝器內(nèi)建立起溫度梯度。小氣量調(diào)試三甘醇脫水裝置時(shí)，由于氣量小，貧三甘醇吸收的水量少，在再沸器內(nèi)加熱再生后蒸發(fā)出來的水蒸氣量少，由于未投用汽提氣，導(dǎo)致回流冷凝器溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)操作溫度。在再沸器內(nèi)蒸發(fā)出的水蒸氣量少的情況下，必須通過高溫汽提氣在回流冷凝器內(nèi)建立起溫度梯度(汽提氣在進(jìn)入汽提柱之前在再沸器內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱過)。

4.對在線露點(diǎn)儀取樣管線進(jìn)行改造。在線露點(diǎn)儀無法測量露點(diǎn)的關(guān)鍵在于取樣管線過長，容積過大，因此管線中產(chǎn)生冷凝液，使分析儀誤讀。將分析儀移到頂層甲板的脫水塔取樣點(diǎn)附近，這樣避免取樣管線過長，而且不需要管線伴熱和保溫。

5.三甘醇發(fā)泡問題。引起三甘醇發(fā)泡的因素有地層水、凝析油、表面活性物質(zhì)、化學(xué)藥劑及固體雜質(zhì)。要避免三甘醇變質(zhì)發(fā)泡主要是上游生產(chǎn)分離器和濕氣過濾分離器要充分發(fā)揮作用，避免污染物的進(jìn)入。另外，在對三甘醇加熱時(shí)，如果甘醇溫度低則應(yīng)使用較小功率先給三甘醇預(yù)熱，然后就可以邊循環(huán)邊給三甘醇加熱，將加熱絲的熱量帶走可以避免局部過熱使三甘醇焦化變質(zhì)。當(dāng)三甘醇起泡可以加入消泡劑，如果三甘醇變質(zhì)顏色發(fā)生變化，由白色透明變黃變褐，可以讓部分循環(huán)的三甘醇進(jìn)活性炭過濾器，三甘醇在活性炭過濾器中停留15～20分鐘才會有比較好的效果?；钚蕴窟^濾器可按0.3m3來算，當(dāng)滿排量循環(huán)時(shí)，20%以下的循環(huán)量進(jìn)活性炭過濾器會取得比較好的效果。

6.三甘醇損耗問題。三甘醇的損失主要原因是三甘醇發(fā)泡時(shí)大量三甘醇隨天然氣被帶出接觸塔。如果三甘醇中含有凝析油的話，在再沸爐中加熱后，三甘醇會隨著凝析油從精餾柱被帶出，出現(xiàn)這種狀況應(yīng)該在閃蒸罐進(jìn)行撇烴。富三甘醇溫度達(dá)到65℃以上停留時(shí)間在20分鐘左右時(shí)閃蒸罐閃蒸和撇烴的效果比較好。三甘醇的蒸發(fā)損失取決于回流冷凝器的溫度，當(dāng)回流冷凝器溫度超過100℃需控制回流冷凝器的旁通將回流冷凝器的溫度控制在95～100℃，但回流冷凝器溫度最好不要低于80℃，因?yàn)闇囟忍停^多的水蒸汽被冷凝回流增加再沸爐的負(fù)荷從而影響再生純度。

五、總結(jié)

小氣量調(diào)試三甘醇脫水裝置時(shí)，由于氣量小、來料氣溫度低以及對新脫水裝置性能的不了解，在調(diào)試過程中會出現(xiàn)許多問題。三甘醇脫水裝置調(diào)試是一項(xiàng)既精細(xì)又復(fù)雜的工作，做到三甘醇脫水裝置科學(xué)合理投產(chǎn)地前提是把三甘醇脫水工藝流程、工作原理熟悉掌握，另外在調(diào)試過程中應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行各個(gè)裝置的操作參數(shù)。

另外，由于調(diào)試時(shí)間較短，CO2含量對脫水效果的影響還未顯現(xiàn)，建議使用三甘醇脫水裝置處理高含CO2天然氣時(shí)，要加強(qiáng)對生產(chǎn)參數(shù)指標(biāo)的控制，提高工藝指標(biāo)符合率，如原料氣入口溫度、三甘醇流率、再沸器溫度、汽提氣流率；要精細(xì)操作，加強(qiáng)巡回檢查，降低溶液起泡、三甘醇損耗量大等現(xiàn)象的出現(xiàn)；定期化驗(yàn)溶液的PH值，采取措施，降低設(shè)備腐蝕。