徐深氣田三甘醇脫水裝置運行情況分析

馬吉龍

(大慶油田采氣分公司地質(zhì)工藝研究所，黑龍江 大慶 163000)

0 裝置概況

三甘醇脫水裝置是徐深氣田地面集輸、處理工藝的重要組成部分，具有性能穩(wěn)定、吸水性強、高溫條件易再生等特點，徐深氣田已經(jīng)實現(xiàn)外輸終端三甘醇脫水全覆蓋，保障商品天然氣含水量指標。

近年來，隨著氣田先進開發(fā)技術(shù)的引進，老井措施增產(chǎn)效果明顯；此外，天然氣生產(chǎn)受季節(jié)約束，上述原因造成處理氣量浮動大、上游氣質(zhì)污染、甘醇再生質(zhì)量差等問題，影響脫水效果和設(shè)備運行。

1 三甘醇脫水裝置工作原理及工藝流程

1.1 工作原理

三甘醇脫水過程是一個物理過程，利用甘醇的強吸水性吸收天然氣中的水分，使含水天然氣露點降低，從而達到外輸條件。吸收了水分的甘醇成為富液，富液進入重沸器，在常壓、高溫條件將水分蒸發(fā)出去，如果通入干氣氣提，可以得到濃度大于99%的甘醇貧液，實現(xiàn)循環(huán)再利用。

1.2 工藝流程

徐深氣田三甘醇脫水裝置采用撬裝建設(shè)模式，系統(tǒng)如圖1所示可以分為脫水、甘醇循環(huán)和自用氣3個子系統(tǒng)。濕氣首先進入吸收塔底部的氣液兩相分離器，除去游離水。脫出游離水的濕氣從底部進入吸收塔，在塔盤上與上部流下的三甘醇貧液密切接觸，干氣從塔頂流出，吸水后的三甘醇富液從塔底流出進入再生系統(tǒng)再生，變成貧液后通過Kimray泵提供循環(huán)動力從新回到吸收塔，完成甘醇循環(huán)；自用氣系統(tǒng)主要為再生系統(tǒng)提供燃料氣、氣提汽和儀表風。

圖1 三甘醇脫水裝置簡易流程圖

1.3 關(guān)鍵參數(shù)

影響三甘醇脫水裝置脫水效果的因素主要有：甘醇再生濃度(甘醇質(zhì)量和再生溫度)、甘醇循環(huán)量(泵次、泵效)、處理量(來氣波動)、吸收塔工況(壓力和溫度)、來氣質(zhì)量(含水量和雜質(zhì))、塔盤結(jié)構(gòu)等指標，再生效果差、泵效低、來氣含游離水和其他液體雜質(zhì)等問題均會影響裝置運行及出口水露點?，F(xiàn)場檢測的參數(shù)統(tǒng)計表，如表1所示。

表1 三甘醇脫水裝置關(guān)鍵參數(shù)統(tǒng)計表

2 系統(tǒng)運行效果評價方法

2.1 露點評價方法

出口天然氣水露點值是判斷裝置運行效果的最直觀手段。通過繪制歷年的露點檢測指標可以判斷裝置運行管理趨勢，以及運行參數(shù)的合理性。摸索露點值隨設(shè)備相關(guān)參數(shù)以及隨運行負荷率的變化關(guān)系，可以確定運行參數(shù)的優(yōu)化空間。

2.2 貧富液含水率評價方法

三甘醇質(zhì)量及再生效果直接影響裝置脫水效果，從貧富液含水量可以看出甘醇的再生指標。貧液含水量普遍較高，再生效果較差；取樣點貧、富液含水量差值較小，脫水效果較差；當貧液含水率高于2.5%，認為來氣中含有游離水；貧、富液pH偏于酸性環(huán)境，易對設(shè)備造成酸性腐蝕。

3 系統(tǒng)運行常見問題分析及對策

3.1 天然氣處理負荷對裝置運行的影響及對策

徐深氣田三甘醇脫水裝置在運行過程中，存在處理負荷過大或過小的現(xiàn)象，影響裝置脫水效果。氣井措施增產(chǎn)、設(shè)計依據(jù)與實際產(chǎn)能不符、設(shè)備維修過程中采取跨站集中脫水等原因都會造成脫水負荷增大。當負荷過大時，天然氣流速增大，降低天然氣與甘醇溶液在塔盤上的接觸時間，影響脫水效果。當氣井產(chǎn)氣量遞減、夏季減少開井數(shù)量等情況時，均會造成脫水負荷減小。當脫水負荷過小時，三甘醇貧液在塔盤上滯留時間過長，同樣影響脫水效果。

操作正常情況下，每100萬方天然氣需要消耗三甘醇17-30kg(設(shè)備操作手冊)，通過保持其他工況條件不變，改變進塔氣量，摸索露點及甘醇損耗量隨負荷的變化規(guī)律，其中圖2為A集氣站現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(粉色曲線為露點值，藍色曲線為甘醇這算損耗量)可以看出，實際處理量位于臨界值(30%、125%)附近時，三甘醇損耗量比較大，外輸露點不達標。

從圖2中還可以發(fā)現(xiàn)：處理量小于30%時，任何操作都無法降低外輸露點；處理量位于100%-125%之間時，通過提高吸收塔工作壓力、提高甘醇循環(huán)量、提高再生溫度等方法，使露點值達到外輸條件。當處理量大于125%時，由于塔內(nèi)天然氣流速過快，很難保證脫水效果。

圖2 A集氣站露點、甘醇折算損耗量隨負荷率變化曲線

技術(shù)對策：

(1)三甘醇脫水裝置處理負荷應(yīng)保持在30%-125%之間，盡量避免處理量過小的情況下運行；當處理負荷超過100%時，可以適當提高吸收塔出口fisher閥壓力，降低天然氣飽和含水量，同時，增大甘醇循環(huán)量和再生溫度，保證外輸氣露點。

(2)建議當處理負荷超過100%時，開啟氣提汽工藝，進一步提高三甘醇再生濃度，從而適應(yīng)高負荷下的生產(chǎn)條件。

(3)各井站處理量較低時，可匯合到一個井站集中脫水。

(4)為了避免設(shè)計與實際產(chǎn)氣量不符的問題，提高氣田整體脫水效果，可通過氣田內(nèi)部脫水設(shè)備調(diào)換解決負荷率的問題。

3.2 三甘醇再生濃度對裝置運行的影響及對策

生產(chǎn)過程中，再生溫度普遍偏低，甘醇中混有緩蝕劑等雜質(zhì)，影響脫水效果。

(1)甘醇污染：氣田采取加注緩蝕劑的措施控制管道及油管內(nèi)腐蝕，油溶性緩蝕劑呈褐色，比重為0.85，小于水，且蒸發(fā)溫度在200℃以上，再生過程中無法同水分一起蒸發(fā)出去，且上游分離工藝無法完全脫出氣體攜帶緩蝕劑，長期集聚，易造成過濾器堵塞，如更換不及時，造成三甘醇污染，相當于被藥劑稀釋，影響三甘醇再生濃度。

(2)上游來氣含游離水：(富液含水量－貧液含水量)×甘醇循環(huán)量×24＝實際脫水量Q1。假設(shè)上游來氣不含游離水，則進塔溫度為脫水前露點，通過查天然氣飽和含水量表可得出入口飽和含水量，吸收塔入、出口飽和含水量差值乘以日處理量即為計算脫水量Q2。Q1－ Q2＞0 證明進塔天然氣含游離水，游離水將貧液稀釋，降低貧液濃度，影響脫水效果。

在A集氣站三甘醇現(xiàn)場試驗過程中，處理氣量85.76×104m3/d，保持處理量和其他工況不變情況下，三甘醇循環(huán)量恒定在5L/min，調(diào)節(jié)重沸器溫度，確定再生溫度和貧液含水率以及脫水后水露點的關(guān)系。隨著三甘醇再生濃度的提高，天然氣水露點值明顯降低，且再生濃度達到99%以上，再生濃度的輕微提高，會大幅度降低天然氣水露點，由此可見，再生濃度對脫水效果影響較大，如表2。

表2 露點隨再生濃度變化統(tǒng)計表

技術(shù)對策：加強設(shè)備檢查，保證裝置各設(shè)備良好的運行狀態(tài)，合理控制重沸器溫度，在不超過三甘醇降解溫度的情況下，盡量提高再生溫度；及時清洗或更換機械過濾器、活性炭過濾器濾芯，保證三甘醇純凈度和系統(tǒng)平穩(wěn)運行；優(yōu)化分離工藝運行參數(shù)，提高上游分離效果；應(yīng)嚴格按照操作手冊進行補充甘醇溶液，在加注過程中保證周圍環(huán)境衛(wèi)生，避免甘醇污染。

3.3 吸收塔工況對裝置運行的影響及對策

吸收塔工作溫度應(yīng)該嚴格控制在設(shè)計范圍內(nèi)，若溫度過低，吸收塔塔板上的三甘醇粘度增大，使塔板效率下降；若此溫度過高，天然氣中的含水量將增大，增加三甘醇脫水負荷，影響脫水效果。來氣溫度過高，還會增加三甘醇的蒸發(fā)損失。徐深氣田采用三級節(jié)流減壓工藝，由于部分氣井井口溫度較高，均在40℃以上，造成加熱爐換熱后溫度達60℃以上，三節(jié)降壓后溫度雖然有所降低，但進塔前與溫度高達50℃的三甘醇貧液換熱后，溫度繼續(xù)提升，對三甘醇脫水效果造成一定影響。

技術(shù)對策：在保證節(jié)流后不形成水合物的條件下，合理調(diào)整加熱爐換熱量；增加貧液換熱旁通，夏季氣溫較高時，加大三甘醇貧液的散熱量。

4 結(jié)論及建議

(1)通過對比分析歷史檢測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，處理量小于設(shè)計值30%或大于設(shè)計值125%均會對裝置運行效果產(chǎn)生影響，從露點指標上看，前者影響程度更大，應(yīng)盡量避免上述工況運行。

(2)三甘醇再生濃度是影響脫水效果的重要因素，建議開展現(xiàn)場試驗，研究氣提汽氣量對裝置脫水效果的影響，實現(xiàn)氣提汽工藝的經(jīng)濟使用。

(3)吸收塔工況對脫水效果影響較大，應(yīng)嚴格監(jiān)測、控制運行參數(shù)，合理調(diào)整加熱爐換熱量，優(yōu)化貧、富甘醇換熱工藝，保證吸收塔內(nèi)溫度指標。針對上述情況，下步將研究三甘醇溶液各節(jié)點換熱指標對裝置脫水效果的影響，優(yōu)化貧、富甘醇換熱工藝。

[1]國家發(fā)展改革委員會. SY/T 0602-2005. 甘醇型天然氣脫水裝置規(guī)范[S]. 2005.