蘇里格天然氣處理廠降低甲醇耗量的措施分析

程小路 劉士鑫 張軍峰 周楊振 茍進軍 黃健 董海生 李磊磊

（長慶油田分公司第三采氣廠）

1 概述

常溫常壓下，甲醇為無色、有酒精氣味易揮發(fā)的液體，是親水性有機物。蘇里格天然氣處理廠液體甲醇來源主要有兩大類，分別為外部購買（甲醇濃度大于99%） 和廠內(nèi)回收（甲醇濃度大于95%）。要求外購甲醇純度達99%以上，從而保證液體甲醇可與水分子有效結(jié)合，帶走水份[1-2]。

蘇里格天然氣處理廠采用兩級制冷、脫烴脫水的天然氣處理工藝。當自集氣站來的原料天然氣溫度降低后，飽和水、大部分重烴凝液析出，并由低溫分離器與原料天然氣分離。為防止原料天然氣溫度降低后形成的固態(tài)水合物堵塞下游管道及閥門，在天然氣處理時引入水合物抑制劑，有效防止水合物的形成，保證脫烴脫水過程順利進行。甲醇物理性質(zhì)相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 甲醇物理性質(zhì)相關(guān)參數(shù)

2 工藝流程

自增壓站來的原料氣經(jīng)過濾分離器除去泥沙等固體顆粒物和游離液體后進入預(yù)冷換熱器進行初步預(yù)冷降溫，即使用處理后的冷干天然氣與原料天然氣逆流換熱， 再進入丙烷蒸發(fā)器繼續(xù)冷卻至-5～-20 ℃， 最后進入低溫分離器進行脫去凝液，處理后達到GB 17820—2018《天然氣》指標要求后外輸。水合物抑制劑的注入點分別設(shè)置在天然氣兩級降溫的設(shè)備入口處。脫烴脫水裝置區(qū)流程示意圖見圖1。

圖1 脫烴脫水裝置區(qū)流程示意圖

3 甲醇耗量影響因素

3.1 天然氣含水量

潮濕的天然氣在一定壓力下，逐漸減小溫度，直到第一滴小水滴出現(xiàn)，此時的溫度稱為露點溫度，含水量為飽和含水量。當壓力、溫度一定時，飽和含水量為其最大含水量。

3.1.1 含水量計算公式

天然氣中的含水量通過實驗測定及查圖存在歷時長、成本高、誤差大等問題，文中使用“陳俊奇”計算的方法得出天然氣中的含水量。當天然氣為水蒸氣飽和時，含水量[3]為:

式中：q為天然氣含水量，g/m3；PSW為水的飽和蒸汽壓，MPa；P為天然氣的總壓力，MPa。

水的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系如下式（2）

其中：當TC＜TSW時，

式中：PC為水蒸汽的臨界壓力，取22.12 MPa；TC為水蒸汽的臨界溫度，取647.3 K；TSW為飽和水蒸汽的溫度，K。

進入蘇里格氣田是原料天然氣，均經(jīng)集氣站預(yù)處理，天然氣中均含有飽和水，則此時原料露點溫度即為飽和水蒸汽溫度[4-5]。

將式（2）、式（3）或式（4）代入式（1）中，即可算得天然氣中的含水量。

3.1.2 原料氣含水量及影響分析

通過對天然氣處理廠原料氣水露點變化趨勢對比分析，蘇里格某天然氣處理廠水露點受季節(jié)影響較大，見表2。

表2 原料氣水露點統(tǒng)計

由攝氏度與開爾文溫度換算公式：

取表2 天然氣處理廠原料氣水露點最大值22 ℃和天然氣處理廠產(chǎn)品氣水露點最大值-2 ℃計算TSW。

又TC=647.3 K，則TC＞TSW。

由蘇里格氣田各天然氣處理廠原料天然氣壓力、飽和蒸氣壓、原料氣水露點數(shù)值代入含水量計算公式，則計算可得蘇里格氣田不同區(qū)域、干線來氣含水量（單位g/m3），見表3。

表3 原料天然氣含水量

各天然氣處理廠原料氣含水量、甲醇單耗對比情況，見表4。

通過生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，同區(qū)域、不同季節(jié)，處理廠單位體積原料氣含水量差異較大， 在天然氣處理過程中，原料天然氣的含水量是決定注醇單耗的直接原因[6-7]。

表4 原料天然氣含水量與甲醇單耗情況

3.2 甲醇濃度影響

蘇里格天然氣處理廠在用甲醇來源有兩部分，一是外部購買，要求甲醇濃度大于或等于99%[8]；二是處理廠內(nèi)部回收，回收甲醇濃度大于95%。外購甲醇量見表5。

通過運用控制變量法，在蘇里格某天然氣處理廠開展甲醇濃度與甲醇消耗量變化關(guān)系的實驗共開展6 組，甲醇消耗量見表6。

通過實驗發(fā)現(xiàn)， 在天然氣處理量、注醇量一定的情況下，甲醇濃度越高，凝液含醇度越高，天然氣攜帶甲醇量越少，甲醇損耗量越低。為降低甲醇耗量，蘇里格氣田均購買高濃度甲醇。

表5 外購甲醇量

表6 甲醇消耗量

3.3 甲醇注醇口影響

蘇里格天然氣處理廠脫烴脫水裝置甲醇注入口分別兩級降溫設(shè)備的入口處。當天然氣處理量不變時，對兩級注醇效果進行實驗，注醇效果對比見表7。

表7 注醇效果對比

由表7 可知，同時投運預(yù)冷換熱器與丙烷蒸發(fā)器的兩級注醇口，注醇運行效果不理想，甲醇單耗增加，造成了不必要的浪費。

3.4 霧化器霧化效果影響

脫烴脫水裝置處理工藝中在兩級降溫設(shè)備的入口設(shè)有甲醇霧化器，甲醇液體霧化后，可有效地與天然氣混合，提升注醇效果，減小甲醇單耗。

選取蘇里格某天然氣處理廠，1#脫烴脫水裝置區(qū)預(yù)冷換熱器天然氣入口處甲醇霧化器進行清洗疏通，并與檢修前的注醇量進行比對實驗，結(jié)果見圖2。

通過檢修期間對甲醇霧化器霧化孔的清洗，霧化效果顯著提升，甲醇單耗顯著降低，水合物抑制效果提升。

3.5 甲醇回收量的影響

為提升企業(yè)效益，降低生產(chǎn)運行成本，避免環(huán)境污染，蘇里格天然氣處理廠設(shè)計投用甲醇回收裝置。脫烴脫水裝置凝液排放的含醇水，經(jīng)甲醇回收裝置提純處理后塔頂?shù)玫胶状?5.0%以上的甲醇，從而達到回收甲醇、循環(huán)使用的目的[9-10]。

而含醇水處理量、含醇水濃度、甲醇回收精餾塔頂塔底差壓、溫度、塔頂氣液回流比都直接影響著甲醇回收裝置所回收的甲醇濃度及產(chǎn)品甲醇回收量。2019 年產(chǎn)品甲醇回收情況統(tǒng)計見表8。

表8 2019 年產(chǎn)品甲醇回收情況統(tǒng)計

圖2 甲醇霧化器檢修前后對比

3.6 其他影響因素

由于降本增效管理制度的不健全、人員降本增效意識不夠強、員工技能操作水平不均衡等人為因素也是影響蘇里格各天然氣處理廠甲醇耗量增加的不可忽視的因素。

表9 天然氣含水量與注醇單耗變化情況統(tǒng)計

4 降低甲醇耗量的具體措施

4.1 由含水量及時調(diào)整注醇量

天然氣含水量與注醇單耗變化關(guān)系情況，見表9。平均含水量、注醇單耗可計算單位質(zhì)量水所需注入甲醇量，計算得出2018 年甲醇量為0.002 7 L/g，2019 年甲醇量為0.002 4 L/g。

2019 年，蘇里格天然氣處理廠嚴格執(zhí)行原料氣水露點每日化驗制度，并根據(jù)水露點變化情況，及時調(diào)整注醇量，保證單日注醇單耗與原料氣含水量、天然氣處理量呈正比關(guān)系，有效降低了注醇單耗。

2019 年，處理廠根據(jù)原料氣水露點積極調(diào)整控制裝置注醇量，并通過與2018 年數(shù)據(jù)比對、分析。建議：根據(jù)原料氣含水量范圍，控制注醇單耗，見表10。

表10 含水量與注醇單耗控制值建議

4.2 由含水冰點調(diào)整注醇量

為驗證裝置含醇水冰點溫度，并根據(jù)含醇水冰點溫度，及時調(diào)整裝置注醇量，以達到節(jié)能降耗的目的，在天然氣處理量一定的情況下，控制裝置預(yù)冷差壓為47 kPa， 實驗發(fā)現(xiàn)， 含醇水濃度在31%～35%時，其冰點為-16～-18 ℃，因此，建議：現(xiàn)場根據(jù)含醇水濃度，調(diào)整注醇量，以降低注醇單耗。

4.3 預(yù)冷換熱器單口注醇

為驗證裝置含醇水冰點溫度是否能滿足正常生產(chǎn)需要，使用預(yù)冷換熱器單口注醇，并控制注醇量，調(diào)高預(yù)冷換熱器進出口壓差至48 kPa，實驗發(fā)現(xiàn)，預(yù)冷換熱器單口注醇時，其含醇水冰點大于-14 ℃。

建議：使用預(yù)冷換熱器單口注醇，并適當提高預(yù)冷換熱器進出口差壓，其數(shù)值穩(wěn)定于41～46 kPa，且丙烷蒸發(fā)器差壓可穩(wěn)定于大于或等于41 kPa即可。

4.4 提升甲醇回收濃度、回收率

為驗證甲醇回收裝置進料量、回流比、甲醇精餾塔、塔頂溫度等相關(guān)參數(shù)對回收甲醇濃度及甲醇回收率的影響，在蘇里格各天然氣處理廠開展試驗，甲醇回收裝置最優(yōu)參數(shù)范圍如下：

1）最佳回流比：0.64～0.67。

2）最佳塔壓差：16～31 kPa，此時產(chǎn)品甲醇濃度大于95%，甲醇回收率在43%左右。

3）最佳進料量：1.1～1.6 m3/h。

4） 最佳塔頂溫度：62～64 ℃，最佳塔底溫度：96～98 ℃時，回收產(chǎn)品甲醇濃度95%以上，塔底水含醇度小于0.1%。

5）每周定期收油、排泥，確保裝置運行平穩(wěn)。

4.5 提升霧化器霧化效果

天然氣管線多為鑄鐵材質(zhì)管材，當高壓高流速天然氣長期沖刷其內(nèi)壁，大量鐵屑脫落，在高速流動天然氣的帶領(lǐng)下與泥沙等顆粒物一同進入下游裝置設(shè)備，導(dǎo)致甲醇霧化器噴嘴堵塞，甲醇液體流通不暢，注入受阻，很大程度地降低霧化效果，增加了注醇單耗。某天然氣處理廠霧化器檢修前后甲醇耗量對比情況見表11。

表11 某天然氣處理廠霧化器檢修前后甲醇耗量對比情況

建議：定期對裝置的甲醇霧化器進行清洗疏通，同時，控制霧化器進出口差壓為0.6 MPa，可有效甲醇霧化裝置效果，降低甲醇單耗。

表12 2018 年與2019 年甲醇相關(guān)參數(shù)對比

5 經(jīng)濟效益

蘇里格某天然氣處理廠2019 年注醇單耗為9.42 L/104m3，2018 年 注 醇 單 耗 為9.86 L/104m3，2019 年通過采取注醇量的控制、甲醇回收裝置運行參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整、設(shè)備定期檢維修等措施，2018 年和2019 年甲醇相關(guān)參數(shù)對比見表12。

蘇里格某天然氣處理廠2019 年通過對裝置注醇、甲醇回收運行參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，直接經(jīng)濟效益45.67 萬元。

克拉瑪依油田風城采油作業(yè)區(qū)

6 結(jié)論

影響天然氣注醇單耗的因素很多，如壓力、溫度、含水量等，降低甲醇單耗具體措施有以下幾點：計算原料氣含水量，總結(jié)生產(chǎn)運行經(jīng)驗，及時調(diào)整注醇量，控制注醇單耗；優(yōu)化甲醇回收裝置生產(chǎn)運行參數(shù)，將回流比、塔差壓、進料量、塔溫度控制在最佳范圍內(nèi)，以提高產(chǎn)品甲醇回收率、回收濃度；控制甲醇霧化器進出口差壓，設(shè)備定期檢維修；加密監(jiān)控原料氣水露點、冰點并調(diào)整注醇量；加強員工培訓(xùn)，提升崗位人員責任心和節(jié)能降耗意識等措施。通過以上可行性措施的實施，可有效降低甲醇單耗，從而達到節(jié)能減排、降本增效的目的。