松南氣田處理系統(tǒng)降壓運(yùn)行階段提升脫碳裝置效率研究

劉歡

中國石油化工股份有限公司東北油氣分公司石油工程環(huán)保設(shè)計(jì)研究院

松南氣田為高含二氧化碳?xì)馓铮瑸闈M足城鎮(zhèn)燃?xì)鈿赓|(zhì)要求，建有集輸處理站一座，設(shè)計(jì)壓力8 MPa，天然氣凈化規(guī)模300×104m3/d，分相同2列建設(shè)，單列處理規(guī)模為150×104m3/d。脫碳裝置采用MDEA 脫碳工藝，脫碳深度達(dá)到商品天然氣CO2含量≤3%（體積分?jǐn)?shù)），后端脫水裝置采用三甘醇脫水工藝，商品天然氣水露點(diǎn)≤-5 ℃，集輸處理站處理合格后的商品氣除自用外，外輸至長(zhǎng)春、四平等地民用及周邊工業(yè)用戶。

隨著松南氣田開發(fā)年限延長(zhǎng)，地層能量衰減較快，氣井油壓、產(chǎn)量逐漸遞減，多數(shù)氣井由于井口油壓較低而無法直接進(jìn)入地面集輸處理系統(tǒng)，遞減后的氣井壓力與集輸處理系統(tǒng)高壓運(yùn)行之間的矛盾日益加劇，低壓氣井只能通過壓縮機(jī)增壓方式生產(chǎn)。目前，已初步形成了“氣井井場(chǎng)單井增壓為主、集輸處理站集中增壓為輔”的增壓模式，增壓集輸成本逐年上升，制約了氣田經(jīng)濟(jì)效益，尤其是以單井增壓為主的增壓模式存在單井增壓成本比集中增壓成本高、管理點(diǎn)分散、不利于實(shí)現(xiàn)無人值守等弊端。因此，為了充分利用氣井自身能量，并且實(shí)現(xiàn)“單井增壓為主、集中增壓為輔”向“集中增壓為主、單井增壓為輔”轉(zhuǎn)變，達(dá)到降低增壓集輸成本、釋放氣井產(chǎn)能、降低管理風(fēng)險(xiǎn)的目標(biāo)，處理系統(tǒng)降壓運(yùn)行已勢(shì)在必行。

脫碳裝置處理能力和運(yùn)行穩(wěn)定性是制約松南氣田處理系統(tǒng)降壓運(yùn)行能否有效實(shí)施的瓶頸。脫碳裝置采用MDEA 溶液脫碳工藝，由高壓低溫吸收和低壓高溫再生兩個(gè)主要部分組成。根據(jù)胺法脫酸氣原理，降壓運(yùn)行必然會(huì)導(dǎo)致MDEA 溶液脫碳效率下降，為滿足氣田開發(fā)對(duì)處理能力的要求，降壓運(yùn)行階段的運(yùn)行壓力有待論證，且降壓運(yùn)行后脫碳裝置所有工藝參數(shù)也均需要隨之進(jìn)行調(diào)整。國內(nèi)酸性氣田的處理裝置尚未有過可供參考借鑒的降壓運(yùn)行先例，因此，有必要系統(tǒng)開展松南氣田處理系統(tǒng)降壓運(yùn)行階段脫碳裝置效率提升研究。合理論證壓降運(yùn)行階段的運(yùn)行壓力，通過運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化，提升處理效率，充分發(fā)揮現(xiàn)有裝置的處理能力，滿足近、遠(yuǎn)期氣田開發(fā)對(duì)處理能力要求；并在保證產(chǎn)品氣質(zhì)量的前提下降低裝置運(yùn)行能耗及運(yùn)行成本，提升氣田經(jīng)濟(jì)效益，從而實(shí)現(xiàn)保障松南氣田處理系統(tǒng)在降壓運(yùn)行階段高效、節(jié)能、綠色、平穩(wěn)運(yùn)行。

1 降壓運(yùn)行階段運(yùn)行壓力確定

1.1 酸氣負(fù)荷計(jì)算模型

胺法脫碳工藝中MDEA 溶液半貧液在吸收塔內(nèi)吸收了原料氣中的二氧化碳而變成富液，酸氣負(fù)荷是指MDEA 溶液中酸氣（CO2）摩爾數(shù)與醇胺摩爾數(shù)之比。可以根據(jù)酸氣負(fù)荷計(jì)算模型，分析壓力對(duì)富液酸氣負(fù)荷的影響程度，從而確定吸收塔運(yùn)行壓力對(duì)脫碳裝置處理能力的影響程度[1-4]。

（1）CO2在MDEA 溶液中的平衡溶解度。在CO2-MDEA 溶液體系中，有以下主要的化學(xué)反應(yīng)和相應(yīng)的平衡關(guān)系：

式中：K1為反應(yīng)（1）的擬平衡常數(shù)；CMDEA、CH+、CMDEAH+分別為溶液中MDEA、H+、MDEAH+的濃度，mol/L。

式中：K2為反應(yīng)（2）的擬平衡常數(shù)；分別為溶液中HCO3-、CO2、H2O、H+的濃度，mol/L。

式中：K3為反應(yīng)（3）的擬平衡常數(shù)；分別為溶液中的濃度，mol/L。

式中：K4為反應(yīng)（4）的擬平衡常數(shù)；分別為溶液中OH-、H2O、H+的濃度，mol/L。

根據(jù)亨利定律，溶液中溶解的酸氣與氣相中酸氣分壓的關(guān)系為

溶液中電荷平衡關(guān)系式為

式中：m為MDEA 溶液濃度，為CO2在胺液中的平衡溶解度，mol/mol。

由式（5）和（8）可得

由式（6）和（7）整理可得

（2）MDEA 溶液的酸氣負(fù)荷。

（3）模型中的參數(shù)估算。在上述模型中，需要計(jì)算的參數(shù)有擬平衡常數(shù)和亨利系數(shù)，其中擬平衡常數(shù)采用溫度因變函數(shù)，K1、K2及K4的溫度因變函數(shù)表達(dá)式為

胺液中亨利系數(shù)估算表達(dá)式為

1.2 運(yùn)行壓力影響分析

在脫碳裝置再生塔重沸器溫度不變前提下，溶液的再生程度基本穩(wěn)定，MDEA 溶液半貧液的酸氣負(fù)荷基本不變，隨著吸收塔運(yùn)行壓力的降低，富液酸氣負(fù)荷的變化，即為吸收壓力降低對(duì)MDEA 溶液吸收CO2能力的影響。

按上述方法進(jìn)行核算，在MDEA 質(zhì)量濃度50%、貧液溫度65 ℃、循環(huán)量為390 m3/h、其他參數(shù)一定的條件下，壓力每降1 MPa，富液酸氣負(fù)荷降低0.016，即每小時(shí)MDEA 溶液對(duì)CO2吸收量約減少618.71 m3，按原料氣含碳量23%考慮，即單列處理能力降低6.46×104m3/d。

根據(jù)松南氣田開發(fā)預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)近遠(yuǎn)期最高產(chǎn)氣量將在255×104m3/d 以下，單列脫碳裝置處理能力則不應(yīng)低于130×104m3/d，可推導(dǎo)得出處理系統(tǒng)運(yùn)行壓力不應(yīng)低于4.9 MPa。因此，將處理系統(tǒng)降壓運(yùn)行階段運(yùn)行壓力確定為5 MPa。

2 仿真建模

使用Aspen HYSYS 軟件建立仿真模型，脫碳裝置采用DBRamine 流體包進(jìn)行胺法脫碳工藝模擬[5-6]，通過調(diào)整MDEA 溶液中活化劑比例來模擬生產(chǎn)中實(shí)際使用的MDEA 溶液[7-8]。搭建的仿真模擬流程如圖1 所示。

圖1 脫碳裝置仿真模擬流程Fig.1 Simulation flow of the decarbonization unit

采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的13 組脫碳裝置降壓前生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)仿真模型進(jìn)行調(diào)整修正，將其中處理量、貧液濃度、貧液循環(huán)量、吸收塔運(yùn)行壓力、再生塔運(yùn)行壓力、閃蒸罐運(yùn)行壓力、貧液濃度作為設(shè)定參數(shù)，以凈化氣中CO2含量、吸收塔底溫度、再生塔底溫度、閃蒸氣量作為模型準(zhǔn)確度對(duì)比參數(shù)，經(jīng)過調(diào)整校核，使仿真誤差控制在5%以內(nèi)，能夠較為準(zhǔn)確地模擬脫碳裝置運(yùn)行情況[9]。

在模型校正后，將吸收塔運(yùn)行壓力降至5.1 MPa、原料氣壓力至5.1 MPa、貧液增壓泵壓力均降壓至5.8 MPa，重新運(yùn)行仿真模型，開展降壓運(yùn)行后脫碳裝置優(yōu)化研究。

3 降壓運(yùn)行階段工藝參數(shù)優(yōu)化

3.1 問題分析

（1）優(yōu)化目標(biāo)。在降壓至5 MPa 運(yùn)行階段，在滿足處理能力需求，保證產(chǎn)品氣質(zhì)量合格的前提下，使裝置運(yùn)行總能耗最低。

（2）優(yōu)化變量。包括原料氣溫度、貧液溫度、MDEA 溶液循環(huán)量、MDEA 溶液濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、重沸器溫度、閃蒸罐運(yùn)行壓力[10-12]。

（3）約束條件。約束條件包括：①滿足松南氣田近遠(yuǎn)期處理能力需求255×104m3/d；②滿足凈化氣含碳量（凈化氣中CO2所占體積分?jǐn)?shù)）要求，凈化氣含碳量≤3%；③MDEA 溶液循環(huán)量≤390 m3/h。

（4）初始邊界條件。單列處理量130×104m3/d；原料氣工況條件；原料氣組分。

3.2 運(yùn)行參數(shù)敏感性分析

（1）原料氣溫度。通過仿真計(jì)算，在其他參數(shù)不變的情況下，將原料氣溫度從25 ℃提高到45 ℃，分析原料氣溫度變化對(duì)濕凈化氣中CO2含量、裝置運(yùn)行能耗等的影響。

從圖2 中可以看出，隨著原料氣溫度升高，凈化氣含碳量呈“階梯狀”上升趨勢(shì)，裝置總能耗呈遞減趨勢(shì)，變化幅度較小。原料氣溫度每升高1 ℃，裝置總能耗平均降低0.57%，主要是因?yàn)樵偕芎碾S原料氣溫度升高呈緩慢遞減趨勢(shì)，對(duì)貧液泵能耗沒有影響。

圖2 原料氣溫度對(duì)凈化氣含碳量和能耗的影響Fig.2 Influence of feed gas temperature on carbon content of purified gas and energy consumption

（2）貧液溫度。通過仿真計(jì)算，在其他參數(shù)不變的情況下，將貧液溫度從50 ℃提高到74 ℃，分析貧液溫度變化對(duì)濕凈化氣中CO2含量、裝置運(yùn)行能耗等的影響。

從圖3 中可以看出，隨著原料氣溫度升高，凈化氣含碳量呈斜率逐漸增大的上升趨勢(shì)，裝置總能耗呈線性遞減趨勢(shì)，貧液溫度每升高1 ℃，裝置總能耗平均降低6.17%，其中，再生能耗線性遞減，對(duì)貧液泵能耗影響較小。

圖3 貧液溫度對(duì)凈化氣含碳量和能耗的影響Fig.3 Influence of lean solution temperature on carbon content of purified gas and energy consumption

（3）MDEA 溶液循環(huán)量。通過仿真計(jì)算，在其他參數(shù)不變的情況下，將MDEA 溶液循環(huán)量從310 m3/h 提高到390 m3/h，分析MDEA 溶液循環(huán)量變化對(duì)濕凈化氣含碳量、裝置運(yùn)行能耗等的影響。

圖4 MDEA 溶液循環(huán)量對(duì)凈化氣含碳量和能耗的影響Fig.4 Influence of the circulation flow of MDEA solution on carbon content of purified gas and energy consumption

（4）MDEA 溶液濃度。通過仿真計(jì)算，在其他參數(shù)不變的情況下，將MDEA 溶液濃度從42%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）提高到53%，分析MDEA 溶液濃度變化對(duì)濕凈化氣中含碳量、裝置運(yùn)行能耗等的影響。

從圖5 中可以看出，隨著MDEA 溶液濃度增長(zhǎng)，凈化氣含碳量呈先逐漸降低、再逐漸增長(zhǎng)的變化趨勢(shì)，MDEA 溶液濃度約在47.66%時(shí)，凈化氣中二氧化碳含量達(dá)到最低點(diǎn)。裝置再生能耗、貧液泵能耗基本不隨MDEA 溶液質(zhì)量濃度變化而變化。

圖5 MDEA 溶液質(zhì)量濃度對(duì)凈化氣含碳量和能耗的影響Fig.5 Influence of the mass concentration of MDEA solution on carbon content of purified gas and energy consumption

（5）重沸器控制溫度。通過仿真計(jì)算，在其他參數(shù)不變的情況下，將重沸器溫度從78 ℃提高到92 ℃，分析MDEA 溶液濃度變化對(duì)濕凈化氣中CO2含量、裝置運(yùn)行能耗等的影響。

從圖6 中可以看出，隨著重沸器控制溫度提高，凈化氣中含碳量基本呈斜率緩慢遞減的下降趨勢(shì)，裝置總能耗基本呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，重沸器控制溫度每提高1 ℃，裝置總能耗平均增長(zhǎng)8.41%，其中，再生能耗呈線性增長(zhǎng)，對(duì)貧液泵能耗影響微小。

圖6 重沸器控制溫度對(duì)凈化氣含碳量和能耗的影響Fig.6 Influence of re-boiler control temperature on carbon content of purified gas and energy consumption

3.3 工藝參數(shù)優(yōu)化

（1）原料氣溫度對(duì)脫碳效果的影響較小，對(duì)能耗影響較小，較為合理的進(jìn)氣溫度不宜高于30 ℃。

（2）貧液溫度對(duì)脫碳效果的影響較大，對(duì)能耗也有一定影響，最優(yōu)控制溫度在60 ℃左右。

（3）MDEA 溶液循環(huán)量對(duì)脫碳效果的影響較大，對(duì)能耗也有一定影響，宜控制在370～390 m3/h范圍內(nèi)。

（4）MDEA 溶液濃度對(duì)脫碳效果的影響較大，對(duì)能耗影響較小，最優(yōu)MDEA 溶液濃度約47.66%，宜控制在45%～50%之間。

二要通過網(wǎng)絡(luò)走群眾路線，發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)督作用。習(xí)近平總書記指出，各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)干部要學(xué)會(huì)通過網(wǎng)絡(luò)走群眾路線，經(jīng)常上網(wǎng)看看，潛潛水、聊聊天、發(fā)發(fā)聲，了解群眾所思所愿，收集好想法好建議，積極回應(yīng)網(wǎng)民關(guān)切、解疑釋惑。善于運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)了解民意、開展工作，是新形勢(shì)下領(lǐng)導(dǎo)干部做好工作的基本功。要讓互聯(lián)網(wǎng)成為發(fā)揚(yáng)人民民主、接受人民監(jiān)督的新渠道。互聯(lián)網(wǎng)支撐起的網(wǎng)絡(luò)空間，不僅成為社情民意的集散地，也是政府治理的重要途徑，領(lǐng)導(dǎo)干部唯有適時(shí)通過互聯(lián)網(wǎng)傾聽民眾呼聲、做好群眾工作、接受群眾監(jiān)督，因勢(shì)利導(dǎo)，才能跟上發(fā)展形勢(shì)。

（5）重沸器溫度對(duì)脫碳效果的影響較大，對(duì)能耗影響也較大。重沸器溫度應(yīng)根據(jù)脫碳裝置處理能力要求調(diào)整，在脫碳裝置處理能力有較大富余時(shí)，降低重沸器溫度，可以降低裝置運(yùn)行能耗；但當(dāng)調(diào)節(jié)其他工藝參數(shù)無法滿足處理需求時(shí)，需提高重沸器運(yùn)行溫度。

（6）根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)，參數(shù)優(yōu)化調(diào)整順序應(yīng)為：調(diào)整MDEA 溶液濃度、降低原料氣溫度、增大MDEA 溶液循環(huán)量、降低貧液溫度、調(diào)整重沸器控制溫度。

4 降壓運(yùn)行實(shí)例

松南氣田集輸處理系統(tǒng)已于2021 年8 月降壓至5 MPa 運(yùn)行，按照參數(shù)調(diào)整優(yōu)先級(jí)順序，根據(jù)工藝參數(shù)優(yōu)化運(yùn)行方案，對(duì)裝置運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，脫碳裝置能夠平穩(wěn)運(yùn)行，且處理能力滿足原料氣處理需求，脫碳裝置設(shè)備運(yùn)行能耗降低27%。

使用運(yùn)行穩(wěn)定后的生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)再次校核仿真模型準(zhǔn)確性，仿真偏差仍在5%以內(nèi)，能夠較為準(zhǔn)確地模擬裝置實(shí)際運(yùn)行情況。該仿真模型可用于松南氣田脫碳裝置降壓運(yùn)行階段多種工況仿真分析及運(yùn)行方案優(yōu)化。

處理系統(tǒng)降壓后，對(duì)處理系統(tǒng)前端的增壓集輸系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化調(diào)整，集中增壓壓縮機(jī)排氣壓力從6.5 MPa 降至5.5 MPa，進(jìn)氣壓力從3.5 MPa 降低至3.0 MPa，將自噴生產(chǎn)進(jìn)站壓力高于3 MPa 的單井增壓氣井切入集中增壓，從而取消了15%單井增壓點(diǎn)，降低了集輸系統(tǒng)的增壓成本和管理成本。

5 降壓運(yùn)行階段運(yùn)行分析

松南氣田投產(chǎn)至今，各氣井CO2含量在不同程度的增長(zhǎng)，目前營城組CO2含量25%，登婁庫組CO2含量12%。目前分公司正在展開利用CO2提高氣藏采收率，實(shí)現(xiàn)驅(qū)氣與埋存相結(jié)合的CO2綜合利用，原料氣中二氧化碳含量也會(huì)受此影響有所增長(zhǎng)，將進(jìn)一步考驗(yàn)降壓運(yùn)行階段脫碳裝置的處理效率。基于開發(fā)預(yù)測(cè)原料氣量255×104m3/d，為了應(yīng)對(duì)原料氣含碳量逐漸增長(zhǎng)，將MDEA 溶液濃度、原料氣溫度調(diào)整到最優(yōu)的前提下，分別對(duì)MDEA 溶液循環(huán)量、貧液溫度、重沸器控制溫度進(jìn)行了優(yōu)化分析。

MDEA 溶液濃度48%，將貧液溫度控制在60 ℃，重沸器溫度控制在79 ℃，只調(diào)整MDEA 溶液循環(huán)量，在不同原料氣含碳量條件下，繪制MDEA 溶液循環(huán)量控制圖版。從圖7 中可以看出，循環(huán)量達(dá)到最大390 m3/h 時(shí)，能處理原料氣最高CO2含量為26.3%。

圖7 不同原料氣含碳量條件下相應(yīng)MDEA 溶液循環(huán)量控制圖版Fig.7 Corresponding MDEA solution circulation flow control chart under different carbon content of feed gas

MDEA 溶液濃度48%，將貧液循環(huán)量達(dá)到最大390 m3/h，重沸器溫度控制在79 ℃，只調(diào)整貧液溫度，在不同原料氣含碳量條件下，繪制貧液溫度控制圖版。從圖8中可以看出，貧液溫度降低至60 ℃時(shí)，能處理原料氣最高CO2含量為29.8%。

圖8 不同原料氣含碳量條件下相應(yīng)貧液溫度控制圖版Fig.8 Corresponding lean solution temperature control chart under different carbon content of feed gas

將貧液溫度控制在60 ℃、貧液循環(huán)量達(dá)到最大390 m3/h，MDEA 溶液濃度48%，只調(diào)整重沸器控制溫度，在不同原料氣含碳量條件下，繪制重沸器溫度控制圖版。從圖9 中可以看出，在裝置目前重沸器控制溫度79 ℃條件下，能處理原料氣最高CO2含量為29.8%。將重沸器溫度提高到85 ℃條件下，能處理原料氣最高CO2含量為31.5%。

圖9 不同原料氣含碳量條件下相應(yīng)重沸器溫度控制圖版Fig.9 Corresponding re-boiler temperature control chart under different carbon content of feed gas

為了應(yīng)對(duì)原料氣含碳量進(jìn)一步增長(zhǎng)，則需要提高重沸器溫度，提高再生程度。在不超過原設(shè)計(jì)重沸器控制溫度94 ℃的前提下，經(jīng)仿真校核，現(xiàn)有裝置在降壓運(yùn)行階段，可處理原料氣最高CO2含量為38.5%（圖10）。

圖10 重沸器溫度控制在94 ℃條件下處理不同含碳量的原料氣脫碳效果曲線Fig.10 Decarbonization effect curve of different carbon content of the feed gas under the condition of the re-boiler temperature below 94 ℃

6 降壓運(yùn)行對(duì)主要設(shè)備影響分析

6.1 貧液泵

處理裝置降壓至5 MPa 運(yùn)行后，貧液循環(huán)量控制范圍基本不變，但裝置運(yùn)行壓力相較于設(shè)計(jì)操作壓力8 MPa 大幅降低。若繼續(xù)使用原貧液泵，貧液進(jìn)吸收塔流量控制閥前后壓差高達(dá)3.4 MPa，超過額定允許壓差2.0 MPa 要求，震動(dòng)較大，不滿足降壓運(yùn)行工況要求和安全生產(chǎn)要求。因此在降壓運(yùn)行實(shí)施前，已經(jīng)對(duì)貧液泵進(jìn)行返廠摘級(jí)改造，從7 級(jí)改為5 級(jí)。并為每列脫碳裝置新購置貧液增壓泵一臺(tái)，與原有透平泵流程中已建的增壓泵串聯(lián)使用，作為摘級(jí)改造后的貧液泵的備用流程。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)充分論證與調(diào)整測(cè)試，在符合安全操作規(guī)程的前提下，兩套MDEA 溶液循環(huán)泵能夠?qū)崿F(xiàn)無擾熱切換，實(shí)現(xiàn)“切泵不停氣”，為裝置長(zhǎng)周期高效運(yùn)行提供保障，目前運(yùn)行較平穩(wěn)，能夠滿足降壓運(yùn)行要求。

6.2 貧液換熱器

降壓運(yùn)行會(huì)一定程度上降低脫碳裝置的處理能力，根據(jù)上述脫碳裝置降壓運(yùn)行壓力對(duì)處理能力的影響分析，保持原料氣含碳量以及其他工況條件不變的前提下，降壓至5 MPa 運(yùn)行，能處理的最大原料氣量由設(shè)計(jì)處理能力150×104m3/d 降低至130×104m3/d，貧液換熱器目前能夠滿足處理氣量下降壓運(yùn)行階段的生產(chǎn)需要。但為了應(yīng)對(duì)原料氣含碳量上漲、周邊新的產(chǎn)能突破等未來不可預(yù)見的生產(chǎn)需求，需要優(yōu)化運(yùn)行從而充分釋放現(xiàn)有脫碳裝置的處理能力。

采取降低貧液溫度、增大循環(huán)量、提高再生溫度等工藝參數(shù)調(diào)整措施均有利于提高M(jìn)DEA 溶液的脫碳效率。根據(jù)最優(yōu)運(yùn)行方案，當(dāng)循環(huán)量提高到390 m3/h、再生溫度提高到94 ℃時(shí)、貧液溫度在65 ℃左右時(shí)，裝置基本達(dá)到最大處理能力，為了能夠使最優(yōu)運(yùn)行方案具有可實(shí)施性，需要對(duì)該工況條件下的貧液換熱器換熱能力進(jìn)行校核。根據(jù)換熱器計(jì)算公式（19）至（22），可推導(dǎo)出在目前換熱器面積的基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步擴(kuò)容1.8 倍，可在需要進(jìn)一步提高裝置處理能力時(shí)，通過增壓換熱板片數(shù)目或并聯(lián)一臺(tái)貧液換熱器實(shí)現(xiàn)。

式中：t1、t2分別為換熱器兩端MDEA 貧液與循環(huán)水的溫度，℃；Q貧液、Q循環(huán)水分別為貧液、循環(huán)水換熱量，kJ；c貧液、c水分別為MDEA 貧液、水的比熱容，kJ/(kg·℃)；m貧液、m循環(huán)水分別為MDEA貧液和循環(huán)水的質(zhì)量流量，kg/h；t貧液進(jìn)、t貧液出分別為MDEA 貧液進(jìn)、出貧液換熱器的溫度，℃；t循環(huán)水進(jìn)、t循環(huán)水出分別為循環(huán)水進(jìn)、出貧液換熱器的溫度，℃；K為傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)；S為換熱面積，m2；ΔTm為換熱器平均換熱溫差，℃。

6.3 濕凈化氣重力分離器

處理裝置運(yùn)行壓力降壓會(huì)導(dǎo)致分離器處理能力降低，采用HYSYS 仿真軟件對(duì)濕凈化氣重力分離器處理能力進(jìn)行校核，核算在50 ℃時(shí)、5.0 MPa 條件下的最大處理量為150×104m3/d(標(biāo)況)，能夠滿足目前降壓運(yùn)行生產(chǎn)需求。

7 結(jié)論與建議

（1）酸性氣田開發(fā)中后期，隨著氣田產(chǎn)量和壓力逐漸遞減，除了可以通過增壓方式釋放氣井產(chǎn)能以外，還可以通過降低處理系統(tǒng)運(yùn)行壓力來緩解氣井壓力逐漸降低與集輸處理系統(tǒng)高壓運(yùn)行之間的矛盾。建議建立氣藏工程一體化預(yù)測(cè)模型，進(jìn)行氣田開發(fā)參數(shù)預(yù)測(cè)，提前確定增壓時(shí)機(jī)、處理系統(tǒng)降壓運(yùn)行時(shí)機(jī)，整體規(guī)劃，相互配合，從而充分利用氣井自身能量，提高氣田采收率，提高氣田開發(fā)效益。

（2）可以根據(jù)酸氣負(fù)荷計(jì)算模型，以理論上分析運(yùn)行壓力降低對(duì)脫碳裝置處理能力的影響，從而確定降壓運(yùn)行階段可以滿足原料氣處理需求的合理運(yùn)行壓力。

（3）通過調(diào)整MDEA 溶液中活化劑的比例，使用多組現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行模型修正，采用HYSYS仿真軟件能夠較為準(zhǔn)確地模擬脫碳裝置的實(shí)際運(yùn)行情況，用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化運(yùn)行。

（4）選取現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行管理中可操控的運(yùn)行參數(shù)作為優(yōu)化變量，分析其對(duì)脫碳效果和裝置能耗的敏感性，并以裝置總能耗最低為優(yōu)化目標(biāo)，確定各運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化控制范圍。按照對(duì)裝置總能耗的影響程度從小到大，確定調(diào)整優(yōu)先級(jí)排序：應(yīng)先將MDEA溶液濃度控制在47.66%左右，然后盡可能降低原料氣溫度，在此基礎(chǔ)上根據(jù)生產(chǎn)需要，逐漸增大MDEA 溶液循環(huán)量、降低貧液溫度，若需要進(jìn)一步提高裝置處理能力，再提高重沸器控制溫度。

（5）松南氣田已經(jīng)成功實(shí)施了處理系統(tǒng)降壓至5 MPa 運(yùn)行，并對(duì)增壓集輸系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了了減少單井增壓點(diǎn)、降低增壓集輸成本的目的。

（6）降壓至5 MPa 運(yùn)行階段，按照目前的處理量需求，脫碳裝置可處理的極限原料氣含碳量為38.5%，若原料氣含碳量進(jìn)一步提高，則處理能力會(huì)大幅下降。

（7）為了使處理系統(tǒng)具備降壓運(yùn)行條件，需要對(duì)貧液泵進(jìn)行適當(dāng)改造，當(dāng)有進(jìn)一步提高處理能力需求時(shí)，可將貧液換熱器進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)容。

（8）隨著氣田產(chǎn)能進(jìn)一步降低，將提前研究處理系統(tǒng)進(jìn)一步降壓運(yùn)行的可行性及優(yōu)化方案。