三甘醇脫水裝置運(yùn)行常見(jiàn)問(wèn)題分析及處理對(duì)策

李旭成 鄭小林 肖軍 鄭榕 杜誠(chéng)

中國(guó)石油西南油氣田公司川西北氣礦

三甘醇脫水裝置運(yùn)行常見(jiàn)問(wèn)題分析及處理對(duì)策

李旭成 鄭小林 肖軍 鄭榕 杜誠(chéng)

中國(guó)石油西南油氣田公司川西北氣礦

在脫水裝置的實(shí)際操作運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，過(guò)高的地層水礦化度及化排劑使用不當(dāng)常常導(dǎo)致裝置出現(xiàn)運(yùn)行故障甚至停車，影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。主要論述了三甘醇脫水裝置在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障的表現(xiàn)形式及常見(jiàn)問(wèn)題，深入分析了出現(xiàn)問(wèn)題的原因并提出相應(yīng)的處理對(duì)策及預(yù)防措施，對(duì)三甘醇脫水裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)運(yùn)行具有良好的借鑒意義。

三甘醇 脫水 問(wèn)題分析 處理對(duì)策

近年來(lái)，隨著天然氣的開(kāi)發(fā)越來(lái)越受到人們的重視，在天然氣長(zhǎng)輸過(guò)程中，對(duì)天然氣氣質(zhì)提出了更高的要求。若天然氣中的飽和水含量過(guò)高，不僅會(huì)降低管線輸送能力，同時(shí)，由于輸送壓力和周邊環(huán)境的變化，形成的水合物和酸性物質(zhì)還會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生腐蝕，甚至造成用戶燃?xì)饧訜釥t燃燒器熄火，存在嚴(yán)重的安全隱患。因此，在外輸天然氣之前對(duì)其進(jìn)行脫水顯得尤為必要［1－2］。

三甘醇（以下簡(jiǎn)稱TEG）天然氣脫水裝置因具有吸濕性高、容易再生、占地面積小、設(shè)備布置緊湊、易于搬遷安裝、操作無(wú)需借助外力等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用［3－4］。然而，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，該裝置常常由于開(kāi)發(fā)區(qū)塊地層水礦化度較高、過(guò)多使用化排劑等因素，造成循環(huán)管路發(fā)生堵塞和腐蝕，進(jìn)而導(dǎo)致裝置運(yùn)行出現(xiàn)故障，對(duì)集氣站及氣井的正常生產(chǎn)均造成一定的影響［5］。

1 脫水裝置工藝原理及工藝流程

1.1 工藝原理

TEG是一種無(wú)色無(wú)臭有吸濕性的黏稠液體，其分子式為C6H14O4，物理特性如表1所示。TEG具有吸水性強(qiáng)、高溫條件下容易再生的特點(diǎn)，常用于天然氣脫水［6］。TEG脫水為物理過(guò)程，吸收了天然氣中飽和水蒸氣的TEG富液進(jìn)入重沸器后，在高溫條件下蒸發(fā)水蒸氣，又可得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于98%的貧液［7］。

表1 TEG物理特性Table 1 Physical properties of TEG

1.2 脫水工藝流程

對(duì)常規(guī)TEG脫水而言，其工藝流程可分為3部分［8］，如圖1所示。

（1）天然氣脫水：經(jīng)過(guò)濾分離器初分離后的天然氣含飽和水，由吸收塔底部進(jìn)入，在塔中與TEG貧液進(jìn)行逆流接觸，天然氣中的水蒸氣被TEG貧液吸收后，從吸收塔頂部輸出，并與進(jìn)塔的TEG貧液進(jìn)行換熱后外輸［9］。

（2）TEG再生：在吸收塔中與天然氣接觸后的TEG富液從塔底流出，通過(guò)精餾柱一次換熱后進(jìn)入閃蒸罐，閃蒸出溶液中溶解的烴類組分后經(jīng)過(guò)三級(jí)過(guò)濾器過(guò)濾，過(guò)濾后的富液依次通過(guò)板式換熱器、緩沖罐與TEG貧液進(jìn)行熱交換，最后經(jīng)過(guò)富液精餾柱進(jìn)入重沸器進(jìn)行提濃再生。此時(shí)，TEG富液變?yōu)樨氁?，提濃后的貧液?jīng)過(guò)重沸器氣提柱溢流口依次反向進(jìn)入緩沖罐、板式換熱器進(jìn)行換熱，再通過(guò)TEG循環(huán)泵增壓進(jìn)入干氣／貧液換熱器與脫水干氣進(jìn)行換熱后進(jìn)入脫水塔頂部，完成TEG的循環(huán)再生過(guò)程［10］。

（3）輔助系統(tǒng)：主要包括從吸收塔出口外輸氣管線上引出的燃料氣流程以及進(jìn)行氣動(dòng)控制的儀表風(fēng)系統(tǒng)。

2 運(yùn)行常見(jiàn)問(wèn)題分析及處理對(duì)策

TEG脫水裝置主要運(yùn)行故障多出現(xiàn)在TEG再生循環(huán)過(guò)程中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，歸納出各部件出現(xiàn)故障的主要表現(xiàn)形式，如表2所示，其問(wèn)題主要集中在管路堵塞、TEG發(fā)泡變質(zhì)、TEG過(guò)度損耗以及U形管出現(xiàn)腐蝕等方面。

表2 脫水裝置故障Table 2 Malfunctions of dehydration unit

2.1 TEG循環(huán)管路鹽結(jié)晶堵塞

在TEG再生循環(huán)過(guò)程中，保持循環(huán)管路通暢尤為重要，通過(guò)調(diào)研［11－12］發(fā)現(xiàn)，某些脫水裝置在運(yùn)行一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)循環(huán)管路堵塞問(wèn)題，尤其是在某些地層水礦化度較高（＞12 000mg／L）的氣田中。其原因在于當(dāng)分離器初次分離不徹底時(shí)，部分地層水會(huì)隨著天然氣被帶入脫水裝置中，該部分地層水在與TEG接觸后進(jìn)入TEG循環(huán)系統(tǒng)，其中高礦化度地層水中的鹽類（CaCl2、NaCl、MgCl2等）逐漸累積，并與TEG接觸后成為富含鹽分的富液。隨著該富液進(jìn)入TEG再生系統(tǒng)，溫度逐漸升高，富液中的水分雖然得以蒸發(fā)，但富液中的鹽分卻不能隨再生氣蒸發(fā)出再生系統(tǒng)，仍殘留在TEG的貧液中，最終在貧液循環(huán)降溫的過(guò)程中析出鹽結(jié)晶（結(jié)晶醇），長(zhǎng)時(shí)間累積后，就會(huì)逐漸造成循環(huán)系統(tǒng)中各部位出現(xiàn)鹽結(jié)晶堵塞故障，對(duì)循環(huán)泵的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生磨損，進(jìn)而影響其正常運(yùn)行。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際分析，部分采用化排生產(chǎn)工藝的單井來(lái)氣中混有大量化排劑泡沫，是影響分離器分離效果的主要因素。而在循環(huán)管路中容易發(fā)生堵塞的位置主要集中在氣提柱、精餾柱、板式換熱器及氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥座內(nèi)，在脫水裝置的運(yùn)行過(guò)程中需加強(qiáng)對(duì)上述部位的檢查。

2.2 TEG溶液發(fā)泡及變質(zhì)

通過(guò)對(duì)裝置排污閥定期排污，發(fā)現(xiàn)TEG溶液有時(shí)會(huì)出現(xiàn)發(fā)泡變質(zhì)的現(xiàn)象。當(dāng)溶液顏色呈較深的黑褐色，并混有H2S與芳香味混雜的難聞氣味時(shí)，表明其物化性質(zhì)已發(fā)生改變，此時(shí)，脫水后的天然氣水露點(diǎn)將很難達(dá)到外輸要求［13］。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因可能如下：

（1）由于進(jìn)入吸收塔之前的原料氣氣液分離效果不好，且吸收塔排液不及時(shí)，造成TEG吸收塔液泛，大量液態(tài)水與TEG溶液混合，使其發(fā)泡乳化。

（2）采用化排排水采氣工藝生產(chǎn)的單井來(lái)氣中，會(huì)夾雜部分化排劑殘留物。同時(shí)，在閃蒸分離過(guò)程中，若分離不徹底也會(huì)殘留部分液態(tài)烴物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)與TEG溶液混合后會(huì)對(duì)其造成化學(xué)污染，從而發(fā)生變質(zhì)。

（3）由于燃料氣分離器的分離效果不太理想，使得TEG再生系統(tǒng)使用的氣提氣中會(huì)攜帶液態(tài)烴和其他雜質(zhì)，這些雜質(zhì)進(jìn)入TEG再生系統(tǒng)后，也會(huì)引起TEG發(fā)泡變質(zhì)［14］。

（4）部分原料氣中的酸性物質(zhì)（修井、洗井、酸化壓裂作業(yè)時(shí)注入氣井內(nèi)的酸液殘留物）未分離干凈，進(jìn)入脫水裝置，造成TEG貧液pH值過(guò)高。同時(shí)，含硫天然氣中的H2S溶解在TEG溶液中，生成無(wú)機(jī)酸酯，導(dǎo)致TEG發(fā)生變質(zhì)。

（5）當(dāng)重沸器溫度過(guò)高時(shí)，持續(xù)高溫會(huì)使得TEG發(fā)生熱降解，發(fā)生脫水縮合反應(yīng)，生成乙二醇、二甘醇、甘醇同系物等有機(jī)雜質(zhì)，混入TEG溶液中，從而導(dǎo)致溶液變質(zhì)［13］。

2.3 TEG溶液損耗

理論而言，處理1m3天然氣只需消耗1.5mg TEG。但通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析發(fā)現(xiàn)，部分脫水站運(yùn)行一段時(shí)間后，其TEG消耗量顯著增加，分析其原因如下：

（1）進(jìn)入吸收塔的天然氣流速過(guò)高，壓差過(guò)大，高速流動(dòng)的天然氣會(huì)攜帶一部分TEG進(jìn)入外輸管道，造成TEG損耗［15］。

（2）吸收塔底部分離段積液較多，當(dāng)積液超過(guò)TEG富液出口位置時(shí)，大量含水量超標(biāo)的TEG富液進(jìn)入精餾柱，使得精餾柱內(nèi)突然產(chǎn)生大量水蒸氣，高溫、高流速蒸汽攜帶精餾柱內(nèi)TEG富液進(jìn)入灼燒爐燃燒，從煙囪噴出大量黑煙，造成TEG的浪費(fèi)及環(huán)境污染。

（3）換熱后的TEG貧液入塔溫度仍高于60℃，增大了TEG損失。

（4）裝置在運(yùn)行一段時(shí)間后，閥門等設(shè)備密封出現(xiàn)問(wèn)題，造成TEG漏失損耗。

2.4 重沸器U形加熱管發(fā)生腐蝕

部分脫水裝置在運(yùn)行一段時(shí)間后，重沸器U形加熱管穿孔發(fā)生腐蝕，其原因與堵塞發(fā)泡現(xiàn)象類似，均因原料氣中混有工藝井修井后殘留的酸液等物質(zhì)進(jìn)入TEG再生系統(tǒng)以及地層水礦化度過(guò)高，出現(xiàn)的鹽結(jié)晶逐漸沉積，對(duì)U形管造成腐蝕。

3 處理措施

3.1 TEG循環(huán)管路鹽結(jié)晶堵塞的處理措施

解決鹽結(jié)晶堵塞問(wèn)題的關(guān)鍵在于控制進(jìn)入脫水裝置前天然氣中高礦化度游離水的含量，其主要處理措施如下：

（1）盡可能降低單井來(lái)氣溫度，定期監(jiān)測(cè)分離器疏水閥運(yùn)行工況和來(lái)氣中的泡沫含量，加強(qiáng)單井來(lái)氣的就地分離工作。

（2）在單井到脫水站的輸氣支線上加裝大型積液包或分水器，加強(qiáng)輸氣支線的排水頻率。

（3）在條件允許的情況下，可在輸氣支線上加裝收發(fā)球裝置，定期對(duì)管線進(jìn)行清管作業(yè)，進(jìn)一步將管道中的水?dāng)r阻在脫水裝置外。

（4）合理控制進(jìn)出站壓差，避免壓力波動(dòng)造成輸氣管內(nèi)積液大量突進(jìn)，預(yù)防因段塞流而造成的液泛。

3.2 TEG溶液發(fā)泡及變質(zhì)的處理措施

針對(duì)TEG發(fā)泡變質(zhì)這一問(wèn)題，其控制的關(guān)鍵在于原料氣潔凈度，尤其是對(duì)含硫井以及采用化排工藝生產(chǎn)的單井來(lái)氣的處理。其主要處理措施包括：

（1）加強(qiáng)進(jìn)入脫水塔前的原料氣的預(yù)處理，在條件允許的情況下，在進(jìn)入分離器之前再加裝一套消泡效果更為理想的固體消泡裝置［16］，使進(jìn)站原料氣通過(guò)二次消泡，進(jìn)一步減少其中混有的泡沫，增強(qiáng)分離器的分離效果，以減少進(jìn)入脫水裝置中原料氣所混有的泡排劑化學(xué)成分和水蒸氣。目前，在川北九龍山氣田的集輸氣站中，新觀脫水站已在分離器前加裝了一套固體消泡裝置（見(jiàn)圖2），對(duì)原料氣中的泡沫進(jìn)行二次消泡處理。該裝置占地面積小，日常操作維護(hù)簡(jiǎn)便。在經(jīng)過(guò)二次處理后發(fā)現(xiàn)，原料氣中泡沫大量減少，原料氣潔凈度有顯著提高。

（2）定期清洗塔盤，檢查捕霧網(wǎng)是否破損。

（3）若發(fā)現(xiàn)TEG發(fā)泡嚴(yán)重，可以適當(dāng)考慮加注三辛基焙酸脂和焙酸三丁脂，有效抑制TEG的發(fā)泡傾向。

（4）嚴(yán)格控制重沸器運(yùn)行溫度在204℃以內(nèi)，避免TEG因超溫發(fā)生降解變質(zhì)。

（5）嚴(yán)格對(duì)吸收塔運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，控制進(jìn)入吸收塔的天然氣流速，杜絕脫水塔超負(fù)荷運(yùn)行。

（6）定期檢測(cè)TEG的pH值，必要時(shí)加入三乙醇胺，嚴(yán)格控制TEG溶液pH值在7～7.5之間［17］。

3.3 降低TEG溶液損耗的措施

在脫水裝置運(yùn)行過(guò)程中，為了減少不必要的TEG損耗，需時(shí)刻監(jiān)測(cè)脫水裝置的運(yùn)行狀況，控制其進(jìn)氣速度、TEG循環(huán)泵泵速等參數(shù)。注意檢查吸收塔分離段液位、定時(shí)排液，防止液位過(guò)高導(dǎo)致TEG富液含水量超標(biāo)；嚴(yán)格控制TEG貧液的進(jìn)塔溫度，防止溫度過(guò)高造成TEG損失。除此之外，應(yīng)定期對(duì)脫水裝置進(jìn)行檢維修，確保設(shè)備完好，杜絕因設(shè)備原因造成的TEG“跑、冒、漏、滴”。

3.4 防止重沸器U形加熱管腐蝕的措施

防止重沸器U形加熱管腐蝕的措施主要包括：

（1）控制監(jiān)測(cè)TEG溶液pH值，通過(guò)定期調(diào)節(jié)TEG溶液pH值，降低溶液的腐蝕性。

（2）定期檢測(cè)TEG中氯化鈉含量，避免TEG系統(tǒng)出現(xiàn)鹽結(jié)晶現(xiàn)象。若發(fā)現(xiàn)盤管和U形管出現(xiàn)腐蝕穿孔，需立即停運(yùn)裝置，更換腐蝕穿孔部件。

4 結(jié)論及建議

（1）在脫水裝置運(yùn)行過(guò)程中，產(chǎn)生的問(wèn)題主要包括管路堵塞、TEG發(fā)泡變質(zhì)、TEG過(guò)度損耗及重沸器U形管腐蝕。

（2）在脫水站運(yùn)行過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)脫水前原料氣的預(yù)處理尤為重要，對(duì)于含硫氣井來(lái)氣，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)原料氣中酸性物質(zhì)的分離，嚴(yán)格控制酸性物質(zhì)進(jìn)入脫水裝置的量；對(duì)于采用化排生產(chǎn)工藝的氣井來(lái)氣，若發(fā)現(xiàn)消泡效果不好，在條件允許的情況下，可在原料氣進(jìn)入分離器前加裝1套消泡裝置進(jìn)行二次消泡，以減少進(jìn)入脫水裝置的高礦化度游離水和機(jī)械雜質(zhì)的含量。

（3）在脫水裝置運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)和控制，定時(shí)檢測(cè)監(jiān)控TEG溶液的氯化鈉含量和pH值，以確保裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）定期對(duì)脫水裝置進(jìn)行停運(yùn)檢修，回收TEG，用清水循環(huán)加熱清洗整個(gè)TEG循環(huán)系統(tǒng)，消除設(shè)備運(yùn)行中可能出現(xiàn)的隱患。

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Analysis and treatment measures on common operation problems of TEG dehydration device

Li Xucheng，Zheng Xiaolin，Xiao Jun，Zheng Rong，Du Cheng
（Northwestern Sichuan Gas District，PetroChina Southwest Oil &Gasfield Company，Jiangyou621709，China）

The exorbitant salinity of formation water and the improper use of chemicals often have a severe effect on the operation of TEG dehydration unit.This paper mainly discussed the common problems and influencing factors of TEG dehydration unit，deeply analyzed the reasons of the device operation，put forward corresponding treatment and preventive measures，which might provide reference for the steady operation of TEG dehydration equipment.

triethyleneglycol，dehydration，problems analysis，treatment measures

TE644

B

10.3969／j.issn.1007－3426.2015.05.004

李旭成（1989－），男，四川中江人，2014年6月畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣田開(kāi)發(fā)專業(yè)，工學(xué)碩士，現(xiàn)任職于中國(guó)石油西南油氣田公司川西北氣礦，主要從事現(xiàn)場(chǎng)采氣工程工作。E－mail：lixucheng＠petrochina.com.cn

2014－12－04；編輯：溫冬云