克拉美麗氣田油氣處理裝置工藝改進(jìn)

張 鋒 蔣 洪 張東平 熊 濤

（1.新疆油田公司采氣一廠 2.西南石油大學(xué)）

克拉美麗氣田位于準(zhǔn)噶爾盆地腹部的東部地區(qū)，主要以斷層控制的火山巖、次火山巖巖性圈閉氣藏為主，屬于圈閉性凝析氣藏。氣田天然氣處理工藝采用節(jié)流降壓、注乙二醇防止水合物的低溫分離工藝，控制外輸天然氣烴、水露點(diǎn)。目前氣田油氣處理裝置存在醇烴分離困難、乙二醇再生塔再生損失嚴(yán)重、凝析油余熱利用不合理、部分液烴進(jìn)入排污管線排放等問題。為了保證油氣處理裝置平穩(wěn)高效運(yùn)行，需要對現(xiàn)有工藝流程和參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

1 處理裝置工藝流程

氣田天然氣處理裝置設(shè)計(jì)規(guī)模為300×104m3／d，目前處理量為150×104m3／d，要求控制外輸天然氣的烴、水露點(diǎn)低于－5℃。

處理裝置工藝流程如圖1所示，8.1MPa、25℃的集氣單元來氣進(jìn)入段塞流捕集器，分離出的氣相進(jìn)入脫水脫烴單元，液相進(jìn)入凝析油穩(wěn)定單元。原料氣采用注乙二醇防凍、J－T閥節(jié)流制冷脫水脫烴，注醇部位為原料氣預(yù)冷前和J－T閥節(jié)流前；低溫分離器出來的貧氣先與原料氣換熱，再與穩(wěn)定凝析油換熱后外輸。低溫分離器出來的醇烴液經(jīng)穩(wěn)定凝析油加熱后，進(jìn)入醇烴液三相分離器，分離出的氣相進(jìn)入富氣增壓單元，水相進(jìn)入乙二醇再生單元，油相進(jìn)入凝析油穩(wěn)定單元。段塞流捕集器分離出來的液相經(jīng)兩級(jí)換熱和閃蒸后進(jìn)入凝析油穩(wěn)定塔，分餾得到穩(wěn)定凝析油；凝析油穩(wěn)定單元的二級(jí)閃蒸氣和穩(wěn)定氣進(jìn)入富氣增壓單元，增壓后和一級(jí)閃蒸氣一起進(jìn)入低溫分離器進(jìn)行脫水脫烴。高溫穩(wěn)定凝析油分別與低溫未穩(wěn)定凝析油、低溫醇烴液、外輸氣換熱后去凝析油儲(chǔ)罐。

2 處理裝置存在問題分析

通過對油氣處理裝置現(xiàn)有工藝流程及運(yùn)行工況進(jìn)行分析，裝置存在工藝流程不合理和能耗高等問題，具體體現(xiàn)如下。

2.1 醇烴分離溫度偏低造成乙二醇發(fā)泡

當(dāng)烴液、鹽類、固體炭及容器內(nèi)壁腐蝕雜質(zhì)等混入乙二醇后，會(huì)形成活性物質(zhì)造成乙二醇發(fā)泡［1］。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度高于40℃后，乙二醇黏度降低，使醇烴易于分離，在50℃時(shí)，醇烴能在2min內(nèi)完全分離［2］。而克拉美麗氣田油氣處理裝置的醇烴分離溫度為32℃，易使乙二醇再生裝置中出現(xiàn)烴液夾帶，造成乙二醇溶液發(fā)泡。

2.2 乙二醇再生塔再生損失嚴(yán)重

氣田油氣處理裝置的乙二醇注入量較小，目前裝置注入量為360kg／h，所以乙二醇再生單元的處理量也較小。設(shè)計(jì)時(shí)，采用只有提餾段而無精餾段的簡易再生塔，使再生后貧液中乙二醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到85%；乙二醇富液從再生塔頂進(jìn)塔，塔頂溫度高達(dá)113℃。由于無塔頂回流，塔內(nèi)蒸氣會(huì)攜帶大量乙二醇出塔，造成乙二醇再生損失嚴(yán)重，乙二醇損失量為3.5kg／h。

2.3 凝析油余熱利用不合理

凝析油穩(wěn)定塔底出來的高溫穩(wěn)定凝析油溫度為122℃，有大量余熱可以利用，與低溫未穩(wěn)定凝析油、醇烴液、外輸干氣換熱后溫度降低至35℃進(jìn)入凝析油儲(chǔ)罐。穩(wěn)定凝析油與外輸氣進(jìn)行換熱時(shí)溫度從82℃降低至35℃，雖外輸氣溫度從12℃上升至18℃，但最終進(jìn)入埋地管道與地層溫度一致，此處換熱約有92kW的凝析油余熱被浪費(fèi)。因此，利用凝析油與外輸氣進(jìn)行換熱的工藝設(shè)計(jì)不合理。

2.4 富氣增壓單元部分液烴沒有回收

富氣增壓單元的入口氣由凝析油穩(wěn)定單元的閃蒸氣、穩(wěn)定氣和醇烴液三相分離器的出口氣相組成，含有較多的丙烷以上組分，經(jīng)壓縮機(jī)增壓、空冷后將有天然氣凝液析出。氣田油氣處理裝置壓縮機(jī)組級(jí)間分離器分離出的液烴進(jìn)入排污管線，裝置每天排放天然氣凝液1.3t，每年排放天然氣凝液429t。

3 處理裝置工藝改進(jìn)

針對克拉美麗氣田油氣處理裝置存在的技術(shù)問題，結(jié)合現(xiàn)有處理流程，通過提高醇烴分離溫度、改進(jìn)乙二醇再生工藝、改進(jìn)凝析油換熱流程、回收富氣增壓單元排出的液烴等措施，能夠使裝置運(yùn)行更加平穩(wěn)高效。主要改進(jìn)措施如下。

3.1 提高醇烴分離溫度

為了防止醇烴分離溫度低造成醇烴分離困難，使乙二醇溶液出現(xiàn)液烴夾帶，引起乙二醇溶液發(fā)泡，采取提高輕烴穩(wěn)定油換熱器換熱量的措施，將醇烴分離溫度從32℃提高到50℃，提高醇烴分離效果。

3.2 改進(jìn)乙二醇再生工藝

克拉美麗氣田油氣處理裝置乙二醇再生單元改進(jìn)后的流程如圖2所示。為了減少乙二醇夾帶的固體雜質(zhì)和液烴進(jìn)入乙二醇再生塔，引起乙二醇溶液發(fā)泡［3］，在乙二醇富液進(jìn)再生塔前設(shè)置機(jī)械過濾器和活性炭過濾器。活性炭過濾器采用高機(jī)械強(qiáng)度的柱形活性炭，以防止活性炭粉化。為了減小乙二醇再生損失，在乙二醇再生塔頂設(shè)置換熱盤管，進(jìn)入乙二醇再生單元的富液首先進(jìn)入換熱盤管換熱，再從再生塔中部進(jìn)塔再生。塔頂?shù)乃魵馀c乙二醇富液換熱后，冷凝回流，有效地解決了乙二醇再生塔無塔頂回流的問題，減少了乙二醇再生損失，同時(shí)還避免單獨(dú)設(shè)置塔頂回流罐和貧富液換熱器，但塔頂冷凝回流會(huì)造成再生塔能耗增加。取消貧富液換熱器后，從再生塔出來的貧液溫度較高，設(shè)置空冷器空冷后進(jìn)入乙二醇貧液儲(chǔ)罐。對改進(jìn)后的流程進(jìn)行模擬，乙二醇富液進(jìn)塔溫度為75℃時(shí)，塔頂回流量為16kg／h，乙二醇再生損失為0.02kg／h。塔頂尾氣中非甲烷總烴含量低于GB16297－1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的含量，可直接放空處理。

3.3 改進(jìn)凝析油換熱流程

將換熱網(wǎng)絡(luò)最大熱量回收匹配原則［4］與凝析油穩(wěn)定工藝相結(jié)合，對凝析油換熱流程進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的凝析油換熱流程如圖3所示。取消凝析油－外輸氣換熱器，將二級(jí)閃蒸換熱器改為三級(jí)閃蒸換熱器。高溫穩(wěn)定凝析油先通過三級(jí)閃蒸換熱器、一級(jí)閃蒸換熱器與低溫未穩(wěn)定凝析油換熱，再通過輕烴穩(wěn)定油換熱器將醇烴液加熱到50℃。出塔凝析油溫度為122.1℃，換熱后凝析油進(jìn)儲(chǔ)罐溫度為37.6℃。

改進(jìn)前后的凝析油余熱利用方案工藝參數(shù)如表1所示。通過分析可知，改進(jìn)后的余熱利用方案提高了凝析油穩(wěn)定塔進(jìn)料溫度，降低了穩(wěn)定塔負(fù)荷，提高了醇烴液分離溫度，取消了一級(jí)閃蒸換熱器的導(dǎo)熱油加熱，合理利用了穩(wěn)定凝析油的余熱。

表1 裝置改進(jìn)前后的凝析油余熱利用方案工藝參數(shù)Table 1 Process parameters of condensate oil residual heat utilization before and after improvement

對改進(jìn)后的凝析油余熱利用方案進(jìn)行模擬，處理廠年操作時(shí)間以330天計(jì)算，改進(jìn)后凝析油穩(wěn)定裝置每年減少能耗3.18×106MJ。燃料氣熱值按36MJ／m3計(jì)算，導(dǎo)熱油加熱爐的熱效率為85%，導(dǎo)熱油輸送過程中的熱損失為5%，則每年凝析油穩(wěn)定裝置可節(jié)約燃料氣10.9×104m3，節(jié)能減排效果明顯。

3.4 回收富氣增壓單元排出的液烴

壓縮機(jī)級(jí)間分離器分離出的液烴流量為54 kg／h，壓力為1 550kPa，丙烷及以上組分的摩爾分?jǐn)?shù)為91%。通過增加管線，使液烴利用壓差進(jìn)入凝析油緩沖罐，與未穩(wěn)定凝析油一起進(jìn)穩(wěn)定塔分餾，回收其中的輕烴，提高凝析油產(chǎn)量。

對回收富氣增壓單元液烴后的流程進(jìn)行模擬可知，改進(jìn)后裝置天然氣產(chǎn)量每年增加13.2×104m3，凝析油產(chǎn)量每年增加145.2t，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

4 結(jié)論

（1）將醇烴分離溫度提高至50℃，可以提高醇烴分離效果，減少乙二醇溶液中的烴夾帶，改善乙二醇發(fā)泡。

（2）乙二醇富液進(jìn)再生塔前應(yīng)該設(shè)置機(jī)械過濾器和活性炭過濾器，過濾掉其中的固體雜質(zhì)和液烴，防止乙二醇發(fā)泡；在乙二醇再生塔頂設(shè)置換熱盤管，將提餾塔改為精餾塔，乙二醇富液作為塔頂冷源，既能提高乙二醇富液進(jìn)塔溫度，降低塔底再沸器負(fù)荷，又能使塔頂蒸汽冷凝回流，減少再生塔的乙二醇損失。

（3）取消穩(wěn)定凝析油與外輸氣換熱，將其余熱用于提高凝析油穩(wěn)定塔進(jìn)料溫度，可以降低凝析油穩(wěn)定裝置能耗，使凝析油余熱得到有效回收利用。

（4）富氣增壓單元排出的液烴可進(jìn)行回收，根據(jù)液烴的壓力和組成，使其進(jìn)入凝析油穩(wěn)定塔進(jìn)行回收，可以提高輕烴收率。

［1］趙德芬.乙二醇再生系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行［J］.油氣田地面工程，2004，23（6）：47－48.

［2］蔣洪，鄭賢英.低處理量乙二醇再生工藝改進(jìn)［J］.石油與天然氣化工，2012，41（2）：183－186.

［3］Kerry van Son，Charlie Wallace.Reclamation／regeneration of glycols used for hydrate inhibition［C］.The 12th Annual Deep Offshore Technology Conference and Exhibition.New Orleans.LA.USA，2000.

［4］（英）伊恩C.肯普.能量的有效利用：夾點(diǎn)分析與過程集成［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.