天然氣脫水工藝優(yōu)化分析與研究

＊程小飛

（寧夏哈納斯液化天然氣有限公司 寧夏 750000）

目前，對于天然氣脫水工藝，我國應(yīng)用最多的是三甘醇法，國際上應(yīng)用最廣泛的是甘醇法。本文主要對天然氣脫水過程進(jìn)行分析研究。了解天然氣脫水器的基本工作原理，可以讓找出甘醇消耗量不符合相關(guān)設(shè)計要求的具體原因，匯集相關(guān)知識尋找具體有效的措施來解決問題，并確保滿足相關(guān)的項(xiàng)目要求。三甘醇脫水技術(shù)成熟可靠、工藝簡單、投資和運(yùn)行費(fèi)用低、能耗低，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外管道天然氣的干燥過程。本文分析了三甘醇脫水裝置存在的問題，提出優(yōu)化脫水工藝的措施，有助于天然氣脫水器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.使用甘醇法進(jìn)行天然氣脫水的必要性

使用甘醇法進(jìn)行天然氣脫水是因?yàn)槿蚀嫉牡湍厅c(diǎn)使其更穩(wěn)定。常溫下不揮發(fā)，毒性低。在使用過程中，不會對人體皮膚或內(nèi)臟造成傷害，而且是一種可再生資源。三甘醇脫水法是一種物理脫水法。在集氣塔中，三甘醇與天然氣充分接觸，利用三甘醇的親水性，保證三甘醇完全吸收天然氣中的水分，從而顯著降低含水量。此時水分充足的三甘醇變?yōu)楦桓蚀?，再將富甘醇在再生系統(tǒng)中加熱，使其失水成為貧甘醇，從而達(dá)到資源循環(huán)利用的效果[1]。

2.三甘醇脫水工藝及存在的問題

在實(shí)際應(yīng)用中，三甘醇脫水工藝的工藝流程可能因原料氣的質(zhì)量以及水露點(diǎn)的要求等原因，在細(xì)節(jié)上有所差異，但整體的主要工藝流程基本上是一致的。主要的工藝流程包括入口分離、氣-甘醇泵吸收和脫水、即時分離過濾、富三甘醇液體再生、貧富換熱、貧液泵循環(huán)等工藝。對多家實(shí)際運(yùn)行的三甘醇脫水裝置研究可以發(fā)現(xiàn)，在大多數(shù)情況下，脫水裝置的工藝運(yùn)行較為穩(wěn)定，基本上其水露點(diǎn)要求都可以滿足通過管道輸送天然氣的標(biāo)準(zhǔn)。主要的差異與不同是由于氣源質(zhì)量的不同以及采出水水質(zhì)的差別等導(dǎo)致在設(shè)計中技術(shù)要求不足，部分工藝參數(shù)設(shè)置不合理，以及設(shè)備選擇問題等。以上問題會造成三甘醇脫水裝置在實(shí)際運(yùn)行條件下出現(xiàn)成本上升，脫水效果不穩(wěn)定以及水露點(diǎn)無法滿足工藝要求等情況。主要存在的問題包括以下幾點(diǎn)：

(1)一些問題導(dǎo)致甘醇起泡劣化

甘醇?xì)馀萘踊@一問題的主要原因是原料氣的質(zhì)量，或者分離問題。由于在設(shè)計過程中，對原料氣的成本分析不足?？赡軐?dǎo)致在設(shè)計之初，即出現(xiàn)原料氣的初始設(shè)置與設(shè)備選擇出現(xiàn)問題，比如設(shè)備質(zhì)量不過關(guān)、設(shè)備工藝無法滿足分離要求以及設(shè)計參數(shù)與實(shí)際參數(shù)相差過大等，導(dǎo)致了原料氣的分離質(zhì)量無法達(dá)到相關(guān)的要求。這會使得原料氣中過量的雜質(zhì)，比如烴類、鹽類以及其他污染物進(jìn)入甘醇富液中，造成甘醇?xì)馀萘踊?，降低脫水的質(zhì)量。此外，對于低硫三甘醇脫水裝置，甘醇富液中含有一定量的H2S和CO2，進(jìn)入閃蒸罐進(jìn)行熱交換時，如果閃蒸效果不理想。甘醇富液的液體中的H2S和CO2會嚴(yán)重腐蝕再生塔及其部件，導(dǎo)致甘醇起泡變質(zhì)。對于重組分含量較高的脫水裝置，富液中含有凝析油，閃蒸效果不好，會導(dǎo)致甘醇起泡；而三甘醇富液在重沸器中再生時，溫度較高。在一定條件下，大量的碳?xì)浠衔镌蠚鈺M(jìn)入廢氣，造成環(huán)境污染。

(2)盤管換熱器傳熱效果差

目前，很多三甘醇脫水裝置主要利用盤管換熱器進(jìn)行換熱，此類換熱器雖然設(shè)備的投入成本較低，但是其傳熱效果較差，實(shí)際的換熱效果不足，會導(dǎo)致無法達(dá)到應(yīng)用的換熱效果，從而在進(jìn)入再生塔后增加重沸器的熱負(fù)荷，這會使得設(shè)備的運(yùn)行成本上升，使得換熱后的溫度過高。

(3)甘醇污染

在實(shí)際運(yùn)行過程中由于分離的效果無法達(dá)到要求，會導(dǎo)致大量雜質(zhì)進(jìn)入脫水裝置中，脫水后由于溶解度的原因析出無機(jī)鹽附著在設(shè)備上，從而造成設(shè)備結(jié)垢，進(jìn)一步影響設(shè)備的脫水效果，降低設(shè)備的脫水效率。此外，部分原料氣中含有腐蝕性雜質(zhì)，如氯離子等，進(jìn)入脫水工藝后，由于換熱盤管和三甘醇后冷器溫度高，會導(dǎo)致熱盤管和附加三甘醇冷卻器會受到嚴(yán)重腐蝕，它們的腐蝕產(chǎn)物會導(dǎo)致三甘醇起泡。

(4)運(yùn)行時水露點(diǎn)未達(dá)到設(shè)計值

其一是低三甘醇循環(huán)。在正常情況下，我們假設(shè)所需的三甘醇循環(huán)次數(shù)保持不變。如果含水量較低的貧三甘醇的濃度較低，則三甘醇的吸收水能力會減少，那會直接影響天然氣的脫水程度。其次，三甘醇的循環(huán)量低于所需量，不能滿足實(shí)際需要。三是進(jìn)入集氣塔的天然氣溫度過低。即使在炎熱的夏季，進(jìn)入塔內(nèi)的天然氣溫度也不會超過35℃，正常情況下需要天然氣進(jìn)口溫度必須低于35℃才能使天然氣出口溫度低于-10℃。通常至少為15℃，這對天然氣干燥器的正常運(yùn)行沒有幫助，因?yàn)樗档土巳蚀紲囟?，從而降低其吸水能力，并最終導(dǎo)致更高的水露點(diǎn)。

(5)三甘醇消耗量高

使用甘醇法對天然氣進(jìn)行脫水所消耗的三甘醇量有時遠(yuǎn)高于正常的標(biāo)準(zhǔn)。主要原因是采用了天然氣脫水的甘醇法。集氣塔中的三甘醇會起泡，導(dǎo)致集氣塔頂部形成更多的霧和泡沫。這將導(dǎo)致三甘醇使用量的顯著增加，從而導(dǎo)致三甘醇的大量損失。

3.三甘醇脫水裝置工藝流程改進(jìn)措施

(1)優(yōu)化工藝設(shè)備設(shè)計

在進(jìn)行工藝設(shè)計時，采用的分離設(shè)備一定要根據(jù)原料氣的成本與質(zhì)量進(jìn)行合理的設(shè)計與調(diào)整，以符合原料氣的分離要求。比如當(dāng)天然氣含有大量重?zé)N時，閃蒸分離器應(yīng)采用氣、甘醇、液態(tài)烴三相分離器。還可以通過改變熱交換順序提高熱交換效果。甘醇富液先進(jìn)行熱交換再閃蒸的過程可以提高液體的閃蒸溫度。在此過程中，甘醇過濾回路必須有三級過濾，即甘醇富液經(jīng)過閃蒸后依次經(jīng)過機(jī)械前置過濾器、活性炭過濾器和機(jī)械后置過濾器，可以使過濾效果得到顯著提高。

(2)采用高效板式換熱器對貧甘醇貧富液進(jìn)行熱交換

相比與傳統(tǒng)的管式換熱器，板式換熱器的換熱效果更好。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，可采用高效板式換熱器，為甘醇貧液進(jìn)行熱交換。板式換熱器的結(jié)構(gòu)波紋形狀的金屬片組成，片材之間有很多流動截面，介質(zhì)通過換熱板換熱。板式換熱器由于其特殊設(shè)計，整體傳熱系數(shù)高。無需在甘醇泵前設(shè)置水冷卻器和水循環(huán)。該系統(tǒng)在脫水設(shè)計和技術(shù)改造中值得推廣應(yīng)用。

(3)設(shè)備材料使用抗腐蝕材料

由于在原料氣中可能含有一些腐蝕性雜質(zhì)，因此，在制造設(shè)備時，采用的設(shè)備材料應(yīng)考慮實(shí)際需求合理采用抗腐蝕設(shè)備。針對原料氣、工藝水以及甘醇溶液中存在的腐蝕性介質(zhì)為基礎(chǔ)，與實(shí)際運(yùn)行條件和工藝要求相結(jié)合，對設(shè)備和管道材料要求，做出正確的選擇。

(4)氣體脫水工藝與甘醇法相結(jié)合

在每個集氣站，處理天然氣以去除固體和游離液體，并轉(zhuǎn)化為富含水分的潮濕天然氣。從塔底向濕天然氣供應(yīng)三甘醇，使其與三甘醇充分接觸。集氣塔內(nèi)放置各種填料，增加氣液接觸面積，進(jìn)一步提高天然氣的脫水效率。脫水的天然氣從集氣塔頂部排出。干燥的天然氣出塔后，通過氣液換熱器與貧三甘醇進(jìn)行熱交換，從而降低溫度進(jìn)入塔的耗盡的三甘醇。溫度下降后，干燥的天然氣被分離器分離，最后排放到天然氣外管網(wǎng)。

(5)盡可能提高三甘醇的再生

由于貧三甘醇中的水含量低，它從塔頂進(jìn)入集氣塔。在這個過程中，濕天然氣在集氣塔底部與貧三甘醇充分接觸后，從濕天然氣中吸收水分，吸收水分后，富三甘醇流出集氣塔。從集氣塔底部進(jìn)入換熱板進(jìn)行再加熱，加熱后流出，經(jīng)過濾裝置完全過濾，達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。三甘醇充分利用完后，由能量循環(huán)泵泵送，最后進(jìn)入集氣塔再生。

(6)盡可能滿足水露點(diǎn)要求

為保證除濕過程中所有設(shè)備的正常穩(wěn)定運(yùn)行，安裝檢測儀器，定期測定完全干燥的天然氣出口處的水露點(diǎn)。三甘醇可以在各種操作條件下進(jìn)行測試，循環(huán)次數(shù)因具體的水露點(diǎn)要求而異。例如，當(dāng)進(jìn)入集氣塔的天然氣溫度低于25℃時，離開天然氣的水露點(diǎn)一般應(yīng)在-10℃以下。正常情況下，待處理的天然氣體積越小，集氣塔內(nèi)的操作壓力就越高。進(jìn)入集氣塔的天然氣溫度越低，天然氣中的水分越少，因此必須縮短三甘醇周期。反之，待處理的天然氣體積越大，進(jìn)入集氣塔的天然氣越多，天然氣的水分含量越高。因此，有必要增加三甘醇循環(huán)。為滿足三甘醇循環(huán)的不同要求，可以通過開米爾泵的進(jìn)出口來手動調(diào)節(jié)相應(yīng)的閥門，即調(diào)節(jié)泵次數(shù)和控制用量。

(7)有效提升分布式控制系統(tǒng)的使用

分布式控制系統(tǒng)是一種基于生產(chǎn)活動和計劃管理的干燥設(shè)備自動控制系統(tǒng)。利用計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，管理人員可以獲得脫水裝置的各種設(shè)備和物料參數(shù)。設(shè)計完成后，自動控制系統(tǒng)可以為以后的生產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)，確保生產(chǎn)安全。特別是分析站安裝在脫水裝置外，提供自動控制和無人值守操作。設(shè)備和物料的所有參數(shù)上傳到相應(yīng)的上級調(diào)度中心，同時接收上級調(diào)度中心的控制指令；天然氣廠設(shè)有頂層控制中心，部分生產(chǎn)管理人員和操作人員配備了具有聯(lián)鎖功能的天然氣廠脫水裝置的過程控制和安全設(shè)備。

4.結(jié)束語

為簡化脫水工藝，提高脫水裝置效率，降低脫水能耗，本文分析了三甘醇脫水裝置在運(yùn)行中存在的主要問題，并提出了優(yōu)化設(shè)計方案。根據(jù)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，分析未達(dá)到設(shè)計值的原因，相應(yīng)提高塔的工作壓力，降低進(jìn)入塔的天然氣溫度；加強(qiáng)吸收塔天然氣進(jìn)口前的過濾分離，有效抑制三甘醇發(fā)泡，合理調(diào)整精餾塔頂部的冷卻盤管旁通閥，使塔頂進(jìn)行灌溉。流速保持在合適的范圍內(nèi)等。