煤層氣三甘醇脫水裝置工藝分析及改進措施

郭劍衛(wèi) 王宇鵬

（山西藍焰煤層氣集團有限責(zé)任公司，山西 沁水 048200）

三甘醇脫水裝置是煤層氣氣田地面集輸、處理工藝的重要組成部分。近年來隨著沁水區(qū)塊煤層氣抽采量的不斷增大，李莊首站的輸氣量也不斷增加。此外，煤層氣的含水量受季節(jié)的影響，冬季含水量較多、三甘醇進吸收塔溫度偏高等問題都會影響三甘醇脫水裝置的正常運行。

1 李莊首站三甘醇脫水工藝設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

李莊首站三甘醇脫水裝置分兩期進行建設(shè)，一期煤層氣的處理規(guī)模為100×104Nm3/d，二期煤層氣的處理規(guī)模為100×104Nm3/d。要求原料氣的壓力為1.97MPa，溫度為37℃，進入下游管道的煤層氣的水露點要求≤-5℃（水露點應(yīng)比最低環(huán)境溫度低5℃）。

2 李莊首站三甘醇脫水工藝流程和運行現(xiàn)狀

李莊首站三甘醇脫水裝置工藝流程如圖1所示，主要分為煤層氣脫水單元、三甘醇再生單元兩個系統(tǒng)。

圖1 三甘醇脫水工藝流程簡介

2.1 煤層氣脫水單元

濕氣（含水煤層氣）首先進分離器分離出濕氣夾帶的液滴，然后從底部進入三甘醇吸收塔，在塔內(nèi)與塔上部進入的貧三甘醇通過塔盤充分接觸，脫除氣體中的水分，脫水后的煤層氣進入干氣/貧液換熱器與貧三甘醇換熱升溫至43℃去外輸單元。吸收塔底出來的富三甘醇進入三甘醇再生單元。

2.2 煤層氣再生單元

來自煤層氣脫水單元的富三甘醇進入三甘醇再生單元。富三甘醇（0.5MPa，40℃左右）首先進入再生塔頂部，通過塔頂冷凝器與塔頂水汽換熱升溫后進入三甘醇閃蒸罐，分離出的氣體去匯氣管，分離出的富三甘醇經(jīng)活性炭過濾器和濾布過濾器進一步除去固體顆粒和雜質(zhì)后，通過貧/富液換熱器和緩沖罐與貧三甘醇換熱升溫至 122℃左右，進入三甘醇再生塔中部進行甘醇濃度提純。三甘醇再生溫度為200℃。再生后的三甘醇溶液濃度由97%提純至99.2%以上，此時三甘醇由富液變?yōu)樨氁?。提純后的貧液由重沸器的溢流口進入緩沖罐。貧液（190℃左右）通過貧/富液換熱器與富三甘醇換熱降低溫度后，經(jīng)三甘醇注入泵增壓后，再進干氣/貧液換熱器與外輸煤層氣換熱冷卻至60℃左右后，進入三甘醇吸收塔上部，循環(huán)使用。再生塔塔頂水汽就地放空。

2.3 三甘醇脫水設(shè)備運行現(xiàn)狀

李莊首站目前每日的輸氣量為110～140×104Nm3/d?，F(xiàn)在兩套三甘醇脫水裝置全部運行，每套處理能力為100×104Nm3/d，目前運行壓力1.5MPa左右，煤層氣進裝置溫度在40～45℃之間，每套處理煤層氣約65×104Nm3/d，甘醇循環(huán)量約2m3/h。脫水塔采用板式塔，三甘醇再生使用明火直接加熱至195℃～200℃通過再生裝置再生，三甘醇循環(huán)泵為電動柱塞泵。

3 三甘醇脫水存在問題分析研究

針對站內(nèi)脫水設(shè)備的實際運行情況，分析造成脫水設(shè)備脫水效果不達標和三甘醇損耗較大這兩個問題的具體原因。

3.1 三甘醇損耗量較大

三甘醇脫水裝置主要的運行成本集中在三甘醇的損耗上，按照《天然氣脫水設(shè)計規(guī)范》SY0076中對三甘醇損耗的設(shè)計要求為15mg/m3，目前站內(nèi)三甘醇的損耗量偏大。表1為站內(nèi)三甘醇的消耗量統(tǒng)計情況與設(shè)計要求的對比。通過對現(xiàn)場三甘醇設(shè)備運行情況分析，其原因主要如下：

表1 三甘醇的消耗量統(tǒng)計情況與設(shè)計要求的對比

（1）三甘醇發(fā)泡變質(zhì)。通過對三甘醇裝置排污閥的排污，發(fā)現(xiàn)三甘醇溶液有時會出現(xiàn)發(fā)泡變質(zhì)現(xiàn)象。三甘醇溶液顏色呈較深的黑褐色并伴有難聞的氣味時，表明三甘醇發(fā)泡變質(zhì)。吸收塔內(nèi)形成泡沫，干氣會從吸收塔內(nèi)帶走一定量的三甘醇，閃蒸罐內(nèi)形成大量的泡沫，三甘醇會通過閃蒸氣管線進入燃燒爐被燒掉，三甘醇發(fā)泡的主要原因是三甘醇被無機鹽、凝析油、化學(xué)助劑、固體顆粒雜質(zhì)等污染造成的。

（2）三甘醇進吸收塔溫度高。三甘醇貧/富液換熱效果差，目前站內(nèi)使用盤管換熱器，由于緩沖罐內(nèi)貧液溫度約為190℃左右，經(jīng)貧/富液換熱器換熱后，貧液進入增壓泵溫度仍高達85℃～90℃，造成后部進吸收塔溫度超過60℃，增加了三甘醇的損耗。

（3）三甘醇的泄漏。三甘醇脫水裝置長時間的運行，閥門、加壓泵等設(shè)備的密封件出現(xiàn)磨損，造成三甘醇的漏失損耗。

3.2 三甘醇脫水系統(tǒng)的脫水效果不達標

煤層氣經(jīng)過脫水后，出站的水露點達不到-5℃。在冬季，下游用戶反映輸氣管道有凍堵現(xiàn)象發(fā)生。通過對現(xiàn)場三甘醇設(shè)備運行情況分析，其原因主要如下：

（1）三甘醇循環(huán)泵出口共用管線。三甘醇循環(huán)泵出口共用管線，然后分支至兩座吸收塔。由于采用手動調(diào)節(jié)閥門來分配流量，會存在三甘醇流量分配不均，致使兩座吸收塔脫水效果存在差異。

（2）三甘醇再生溫度不穩(wěn)定。再生溫度是保證三甘醇再生的關(guān)鍵參數(shù)，溫度過高三甘醇分解，溫度過低三甘醇無法完成再生。表2為現(xiàn)場再生設(shè)備的關(guān)鍵溫度參數(shù)，從表中可以看出再生溫度要求穩(wěn)定在196℃～199℃之間，但在現(xiàn)場運行中發(fā)現(xiàn)，溫度會上下波動，而且波動較大，造成貧液濃度不足，脫水效果差。通過對現(xiàn)場設(shè)備的檢查發(fā)現(xiàn)燃燒機的點火電極積碳多，燃燒機在自動點火時常常出現(xiàn)不能自動啟動的現(xiàn)象。

表2 再生設(shè)備的關(guān)鍵溫度參數(shù)

4 改進措施

4.1 降低三甘醇損耗的措施

（1）加強進入吸收塔前原料氣的預(yù)處理，提高原料氣的潔凈度。改進煤層氣進脫水設(shè)備前的過濾分離設(shè)備，提高過濾精度及捕霧網(wǎng)的捕集能力。設(shè)備運行時定期測定pH值，添加pH調(diào)節(jié)劑。

（2）由于目前三甘醇貧/富液換熱是使用盤管換熱器進行換熱，換熱效率低，建議把貧/富液換熱器更換為板式換熱器。板式換熱器具有體積小、換熱系數(shù)高、重量輕等特點，可一次將熱量充分換熱，確保進循環(huán)泵溫度在50℃～60℃之間。通過進脫水塔前的套管換熱器進一步將三甘醇貧液溫度降低至40～45℃之間，確保脫水效果和降低三甘醇損耗。

（3）定期對脫水設(shè)備進行檢修，杜絕三甘醇“跑、冒、漏、滴”現(xiàn)象發(fā)生。

4.2 保證三甘醇脫水效果的措施

（1）三甘醇循環(huán)泵及貧液進塔管線每套裝置專用。目前現(xiàn)場設(shè)置有4臺三甘醇增壓循環(huán)泵，可每套裝置2臺（一用一備），將泵出口至進塔貧液管線分開，各自單獨運行，可確保每座脫水塔的甘醇量。但由于目前煤層氣-三甘醇貧液換熱器只有一臺，建議暫時隔離不用，在每座脫水塔頂煤層氣管線上各自增設(shè)一臺套管換熱器即可，即可確保進塔三甘醇的溫度在適當范圍。同時檢修甘醇循環(huán)泵，確保排量達到設(shè)計值。

（2）對所有設(shè)備進行定期的檢查、維護、保養(yǎng)，對以前出現(xiàn)的問題進行總結(jié)。發(fā)現(xiàn)小的問題時要及時地理，保證設(shè)備的完好、運行正常。

5 結(jié)論

（1）在脫水裝置運行過程中，應(yīng)對運行參數(shù)進行嚴格的監(jiān)測和控制。定期對脫水裝置進行停運檢修，消除設(shè)備運行中可能出現(xiàn)的隱患。

（2）在脫水站運行過程中，加強對脫水前原料氣的預(yù)處理尤為重要，在條件允許的情況下，可在原料氣進入脫水裝置前加裝一套除塵設(shè)備，以減少進入脫水裝置粉塵、油污和機械雜質(zhì)的含量。

（3）要保證三甘醇脫水設(shè)備的脫水效果，重要的是保證三甘醇貧液的濃度和貧液進吸收塔的流量。