新型四級滌氣分離器在東方13-2氣田的應(yīng)用

（上海藍濱石化設(shè)備有限責任公司，上海 201518）

中海石油湛江分公司東方13-2氣田群集氣站處理的濕天然氣中含有大量的不同粒徑的液滴，采用常規(guī)的滌氣分離器脫水無法達到工藝要求。上海藍濱石化設(shè)備有限責任公司設(shè)計的新型四級滌氣分離器，運用四級分離模塊對不同粒徑的顆粒實現(xiàn)分級分步脫出處理［1］，保證壓縮機和下游設(shè)備安全、高效平穩(wěn)地運行。

1 新型四級滌氣分離器結(jié)構(gòu)及功能

1.1 分離器總體構(gòu)成

新型四級滌氣分離器結(jié)構(gòu)見圖1。該分離器為立式結(jié)構(gòu)，由 Schoepentoeter 入口裝置［2］、TP板除霧器、絲網(wǎng)聚結(jié)器和聚結(jié)濾芯從下而上依次排列組成，具有立式分離器氣體處理量大、易于清洗及液體再氣化趨向小的優(yōu)點［3］。

圖1 新型四級滌氣分離器結(jié)構(gòu)示圖

1.2 分離器功能模塊

1.2.1 初分離

初分離模塊即入口裝置。入口裝置的主要作用是吸收進入分離器的待處理含液氣流攜帶的初始動量，同時為氣、液的初步分離提供場所。初步分離效果的好壞直接影響后續(xù)的氣液分離，要提高初步分離效果，應(yīng)盡量使待分離的氣液在各自的流道內(nèi)分布均勻。

Schoepentoeter入口裝置結(jié)構(gòu)見圖2。該裝置通過多個彎曲葉片流道分散進料流體，其左右偏移葉片上下覆蓋著鋼片，當氣體攜帶液滴在葉片流道中流動時，由于流動方向和流通截面不斷變化，液滴的慣性又比氣體的大，氣體很容易改變方向，而液滴由于慣性大保持了原來的運動方向，從而在與氣流分離并撞向葉片壁面時被捕集。后續(xù)撞擊葉片壁面的液滴與前述液滴聚并融合，從而在葉片壁面上形成液膜，然后通過重力作用沿著葉片壁面向下沉降分離。在Schoepentoeter入口裝置的左側(cè)右下，入口氣液混合流體擴展成如圖3所示對氣體從液體中迅速逸出十分有利的形狀。這種入口裝置的優(yōu)點是可以消除高速流體對分離器壁面的沖擊，從而減小擾動。對于粒徑大于50 μm的液滴，Schoepentoeter入口裝置的分離效率超過 85%［4］。

圖2 Schoepentoeter入口裝置結(jié)構(gòu)示圖

圖3 經(jīng)過入口裝置分離后的氣液混合流形狀示圖

1.2.2 除霧

初分離過程中，氣流的急劇擾動作用使許多原本可以沉降分離的液滴被氣體渦流裹挾著進入第二分離區(qū)。第二分離區(qū)即除霧模塊，主要功能是降低氣流的湍動程度，促進液滴的重力沉降。

第二分離區(qū)使用的TP板除霧器由一系列固定間距的蛇形波紋板疊制而成，其結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 TP板除霧器示圖

相鄰兩波紋板間形成一條曲折、變截面流道，為氣體導(dǎo)流的同時構(gòu)成氣流湍動的阻力，其傾斜通道截面積約比平直部分小29.3%［5］，挾帶霧沫的天然氣在其中流過時，運動速度不斷減小，運動方向不斷改變。霧沫在碰撞、離心力和渦流機制作用下，被持續(xù)吸附到波紋板表面上，形成液膜順著波紋板表面流入分離器底部的液體聚集區(qū)［6］。

TP板 的允許氣速為0.48 m/s。氣體通過葉片的實際流速為0.35 m/s，在實際流速下TP板除霧器對直徑20 μm液滴的分離效率超過95%，對直徑10μm液滴的分離效率為65%［7］。

1.2.3 除霧沫

離開第二分離區(qū)的氣體攜帶少量直徑小于20 μm或更小尺寸的液滴進入第三分離區(qū)。第三分離區(qū)即除霧沫模塊，用絲網(wǎng)進行分離。絲網(wǎng)分離元件分離效率在慣性分離元件中最高，通常能達到99%，而氣體通過絲網(wǎng)時的阻力降很小［8-9］。氣流攜帶液滴通過絲網(wǎng)時的除霧沫過程見圖5。

圖5 氣流通過絲網(wǎng)及液滴聚結(jié)示圖

氣流攜帶液滴做直線運動，接近圓絲時因受阻而偏轉(zhuǎn)流動，繞過圓絲。由于液滴密度比氣體密度大得多，受慣性力作用，液滴不能立即隨氣流偏轉(zhuǎn)，有繼續(xù)保持原來流向的趨勢，最后與圓絲碰撞，附著在圓絲表面上。液滴集少成多，同其他液滴聚結(jié)成大液滴，當絲網(wǎng)上液體飽和后，液滴依靠重力從絲網(wǎng)落下。與TP板相比，絲網(wǎng)攔截液滴的表面積更大。絲網(wǎng)的液泛氣速為0.42 m/s，氣體通過葉片的實際流速為0.336 m/s［10］。該分離模塊的分離機理同波紋板除霧器一樣，均為慣性碰撞攔截，可以有效分離 99%大于 10 μm 的液滴［11］。

1.2.4 濾芯精濾

濾芯精濾為第四分離模塊，具有聚結(jié)液體和過濾微小固體顆粒的雙重功能［12］，能夠使氣體中液體霧滴直徑不大于0.5 μm，實現(xiàn)精濾分離。氣液聚結(jié)濾芯引入了疏油、疏水技術(shù)，通過化學處理降低過濾介質(zhì)表面能，提高聚結(jié)液體的排出速度，使單位面積介質(zhì)的液體處理量極大增加，可以降低飽和壓降，并使濾芯性能得到快速恢復(fù)。聚結(jié)濾芯基體為由樹脂粘結(jié)的大面積、多褶介質(zhì)構(gòu)成的圓柱狀筒體，外裹無紡聚合物支撐及排液層。打褶結(jié)構(gòu)能使整個濾芯的流量均勻分配［13］，在低壓下很寬的流速范圍內(nèi)都可實現(xiàn)高效分離。外部排液層起著排出聚結(jié)的液體污染物以及防止夾帶的作用。因此，聚結(jié)濾芯在流速和液體濃度波動的情況下依然具有一致的高效性［14］。采用以上技術(shù)，幾乎能除去氣流中所有的固體顆粒和液體污染物，下游氣體中液體質(zhì)量分數(shù)可降至0.015×10-6。

2 新型四級滌氣分離器工程應(yīng)用

2.1 項目設(shè)計工況

東方13-2氣田群工程項目單臺滌氣分離器處理氣量 350×104m3/d（0℃、101.325 kPa標準狀態(tài)下)，液體處理能力6 m3/h，要求去除的最小液滴粒徑為0.5 μm，相應(yīng)的分離效率為99%，對應(yīng)的最大允許壓降30 kPa。滌氣分離器設(shè)計參數(shù)見表 1。

表1 滌氣分離器設(shè)計參數(shù)

2.2 現(xiàn)場運行效果

東方13-2氣田應(yīng)用新型四級滌氣分離器進行天然氣凈化處理，處理后天然氣的水露點降低16℃，烴露點降低12℃，正常操作時運行壓降6～16 kPa。采用氣象色譜儀進行分離器氣體進口和出口組分分析，結(jié)果見表2。

表2 分離器氣體進口和出口組分組成（摩爾分數(shù)）

2.3 推廣應(yīng)用分析

在石油化工和天然氣工業(yè)中，廣泛使用往復(fù)式和離心式壓縮機、三甘醇吸收塔、貧胺脫硫塔、低溫分離器（去除輕烴液體）等設(shè)備來實現(xiàn)天然氣凈化等工藝操作。為了保障這些設(shè)備和裝置長期穩(wěn)定運行,通常在設(shè)備入口處安裝分液罐和除沫網(wǎng)等氣液分離設(shè)備［15］。由于分液罐和除沫網(wǎng)無法從氣流中分離直徑小于10 μm的液滴和尺寸小于5 μm的固體雜質(zhì),這些液滴和固體雜質(zhì)進入設(shè)備后,造成往復(fù)式和離心式壓縮機的機械故障,增加了每年非計劃停車檢修數(shù)次。由于天然氣和液體微粒分離不徹底，造成脫硫塔或三甘醇吸收塔每年發(fā)泡數(shù)次、胺液或三甘醇損失超標。在分液罐和除沫網(wǎng)等氣液分離設(shè)備下游增設(shè)新型四級滌氣分離器,可以代替分液罐和氣液聚結(jié)器2臺設(shè)備，節(jié)省設(shè)備使用空間，顯著降低設(shè)備維護和操作費用，減少非計劃停車造成的經(jīng)濟損失。

3 結(jié)語

新型四級滌氣分離器在東方13-2氣田現(xiàn)場已平穩(wěn)運行3 a，其處理效果滿足技術(shù)要求，設(shè)備結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計合理，流程簡單，操作方便。經(jīng)粗略計算，每年節(jié)省維修費用80萬元，尤其適用于氣液比高的場合、海上平臺或高壓場合，還可用于現(xiàn)有滌氣分離器脫瓶頸改造，值得推廣使用。