0 引言

松南氣田已經(jīng)平穩(wěn)運(yùn)行 9 年多，隨著運(yùn)行年限增加，氣田開發(fā)生產(chǎn)狀況發(fā)生了較大的變化，加之部分設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)變化等問題，松南氣田磁翻板液位計(jì)處理脫水系統(tǒng)逐漸暴露出多方面的不適應(yīng)性，本文系統(tǒng)的分析了松南氣田磁翻板液位計(jì)處理系統(tǒng)存在影響外輸氣水露點(diǎn)的問題和矛盾，并加以研究解決。

 

1 工程及生產(chǎn)現(xiàn)狀

松南氣田集氣處理站自 2009 年投產(chǎn)，保持平穩(wěn)、連續(xù)運(yùn)行，進(jìn)站原料天然氣基本維持在 200~260×10 4  Nm 3 /d，壓力約為 7.2~7.4 MPa，進(jìn)站溫度較初期投產(chǎn)約高 20 ℃左右，目前約 45~50 ℃ ；脫碳、脫水系統(tǒng)運(yùn)行壓力約為 6.7 MPa，其中脫碳裝置凈化氣出口溫度較設(shè)計(jì)點(diǎn)高約 25 ℃，約為 55~60 ℃ ；外輸天然氣溫度較高，約 50 ℃，外輸壓力夏季較高，約為 5~5.5 MPa，冬季約為 2~2.5 MPa，經(jīng)過處理的天然氣二氧化碳含量及含水量絕大多數(shù)時(shí)間符合《天然氣》（GB 17820-2012）中二類氣標(biāo)準(zhǔn)。

 

2 外輸氣水露點(diǎn)影響因素分析

建立數(shù)學(xué)模型分析天然氣溫度、壓力、三甘醇濃度、三甘醇循環(huán)量、汽提氣量對(duì)脫水效果的影響，通過數(shù)學(xué)模型判斷各個(gè)因素對(duì)水露點(diǎn)的影響趨勢(shì)，進(jìn)而判斷磁翻板液位計(jì)導(dǎo)致外輸氣水露點(diǎn)的產(chǎn)生波動(dòng)的問題所在。

 

2.1 建立數(shù)學(xué)模型，模擬脫水工藝流程

通過建立模型分別分析凈化氣水露點(diǎn)對(duì)天然氣溫度、壓力、三甘醇循環(huán)量、汽提氣量變化的敏感性。結(jié)合現(xiàn)狀的運(yùn)行壓力及預(yù)測的 2022 磁翻板液位計(jì)降壓運(yùn)行的趨勢(shì)，選取 8 MPa、7 MPa、6 MPa、5 MPa、4 MPa等壓力點(diǎn)進(jìn)行分析，結(jié)合天然氣進(jìn)脫水系統(tǒng)的溫度變化，對(duì) 30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃進(jìn)行分析。

 

2.2 工藝參數(shù)對(duì)脫水處理效果的影響分析

2.2.1 天然氣溫度變化對(duì)凈化氣水露點(diǎn)的敏感性分析

模擬條件 ：三甘醇濃度一定，汽提氣量 = 無，三甘醇循環(huán)量 =1.7 m 3 /h。

分別模擬不同壓力下溫度對(duì)天然氣水露點(diǎn)的影響，隨著天然氣溫度的升高，凈化氣水露點(diǎn)逐漸升高，幾乎成正比例關(guān)系。因此脫水后天然氣水露點(diǎn)與進(jìn)塔天然氣溫度密切相關(guān)，對(duì)溫度的敏感性較強(qiáng)。

 

2.2.2 天然氣壓力變化對(duì)凈化氣水露點(diǎn)的敏感性分析

低溫下物理吸收速率較慢，進(jìn)氣壓力降低會(huì)增加水汽含量，但氣速增加提高了傳質(zhì)過程氣液相湍動(dòng)程度，促進(jìn)了水分的吸收。高溫下，一方面隨壓力降低水汽含量增加，另一方面溫度的升高使吸附平衡向左移動(dòng)，降低了吸收效果?？傮w上三甘醇脫水過程對(duì)壓力的敏感性較弱。

 

2.2.3 汽提氣量變化對(duì)凈化氣水露點(diǎn)的敏感性分析

40 ℃時(shí)，凈化氣水露點(diǎn)隨汽提氣量的增加而顯著降低，在 50 ℃和 60 ℃時(shí)，凈化氣水露點(diǎn)基本不受汽提氣量的影響。主要原因?yàn)樵谔烊粴膺M(jìn)氣溫度較高時(shí)，汽提提升的三甘醇濃度不再是影響水露點(diǎn)的主要因素，反而凈化氣的溫度成為制約水露點(diǎn)的主要因素。

 

2.2.4 三甘醇循環(huán)量變化對(duì)凈化氣水露點(diǎn)的敏感性分析

在不同工況下應(yīng)采用不同的三甘醇循環(huán)量，以滿足天然氣水露點(diǎn)降的要求，三甘醇循環(huán)量取決于被處理天然氣中的含水量。在凈化天然氣氣量、溫度、壓力相同時(shí)，凈化氣的水露點(diǎn)隨三甘醇的循環(huán)量增大而降低。脫水后天然氣水露點(diǎn)與三甘醇的循環(huán)量密切相關(guān)，對(duì)其的敏感性較強(qiáng)。

 

2.3 工藝參數(shù)對(duì)脫水處理效果的影響分析總結(jié)

通過脫水模型模擬和計(jì)算，分析了工藝參數(shù)變化對(duì)外輸氣水露點(diǎn)的影響，得出的主要結(jié)論如下 ：

（1）隨著天然氣溫度的升高，外輸氣水露點(diǎn)逐漸升高，幾乎成正比例關(guān)系。

（2）在三甘醇磁翻板液位計(jì)一般運(yùn)行壓力 6.4~6.7 MPa范圍內(nèi)，天然氣進(jìn)吸收塔溫度低于 40 ℃時(shí)，僅通過重沸器再生的三甘醇貧液濃度可以滿足外輸天然氣水露點(diǎn)要求。當(dāng)天然氣溫度超過 40℃時(shí)，若要使外輸天然氣水露點(diǎn)達(dá)標(biāo)，需投用汽提流程。因此，天然氣進(jìn)吸收塔的溫度不宜超過 40 ℃。

（3）三甘醇的濃度、循環(huán)量與外輸氣水露點(diǎn)在甘醇露點(diǎn)降區(qū)間內(nèi)成正比關(guān)系，即三甘醇的濃度越高、循環(huán)量越大，外輸氣水露點(diǎn)溫度越低。

因此判斷影響外輸氣水露點(diǎn)的主要因素為 ：脫碳系統(tǒng)濕凈化氣冷卻器天然氣出口溫度、三甘醇濃度、三甘醇循環(huán)量。

 

3 存在的問題及分析

3.1 脫碳系統(tǒng)濕凈化氣冷卻器換熱效率低

由于濕凈化氣冷卻器結(jié)垢（且為固定板式換熱器，清洗不便）導(dǎo)致?lián)Q熱效果不理想，冷卻后溫度（54~60 ℃）遠(yuǎn)高于適宜的三甘醇脫水操作溫度（25~35 ℃）。

3.2 三甘醇溶液循環(huán)泵效率下降，不能達(dá)到額定泵次

磁翻板液位計(jì)三甘醇溶液循環(huán)泵采用的是 45015PV 型KIMRAY 泵，1 用 1 備，設(shè)計(jì)zui大排量為 1.7 m 3 /d，額定zui大頻次為 27 次 /min。該泵于 2009 年投產(chǎn)，僅于2017 年檢修，連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行約 9 年。

目前東西兩列磁翻板液位計(jì) K 泵運(yùn)行頻次均逐漸降低，zui大的頻次分別為 15 次 /min、16 次 /min，根據(jù)理論計(jì)算 K 泵排量應(yīng)為 960 L/h 左右，目前泵次造成三甘醇未達(dá)到zui大循環(huán)量，影響出塔干氣水露點(diǎn)。

通過分析，初步判斷是泵的阻力過大造成泵運(yùn)行頻次越來越低 ：已建的 K 泵在 2017 年之前未進(jìn)行定期檢修，機(jī)械部件運(yùn)轉(zhuǎn)可能存在故障，致使目前無法達(dá)到zui大泵次的情況出現(xiàn) ；另外如果三甘醇溶液中固體顆粒較多，造成 K 泵活塞結(jié)垢堵塞，摩擦力過大，也會(huì)造成K 泵運(yùn)行頻次降低，排量下降。

3.3 貧液三甘醇濃度偏低，導(dǎo)致脫水效果差

通過對(duì)東、西兩列三甘醇取樣化驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在用三甘醇濃度約為 63.98%~88.49%，而新購置的三甘醇濃度約為 99.5%，甘醇濃度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值。2018 年 6 月底再次化驗(yàn)分析在用三甘醇質(zhì)量。分析結(jié)果為西列三甘醇貧液質(zhì)量濃度約 81.37%，含水 1%；東列三甘醇貧液質(zhì)量濃度約 71.47%，含水 12.2%目前濃度下，受三甘醇平衡水露點(diǎn)的影響，即使循環(huán)量再高，脫水效果基本無法保證。

導(dǎo)致三甘醇貧液濃度較低的原因分析 ：（1）脫碳系統(tǒng)來氣溫度高，天然氣中的水和 MDEA 溶液也會(huì)隨之增高，較設(shè)計(jì)值高約 20 ℃，攜帶較多的 MDEA 溶液，由于 MDEA 溶液與甘醇互溶，其沸點(diǎn)又高于甘醇，隨著生產(chǎn)時(shí)間的增加導(dǎo)致三甘醇濃度逐漸減低。（2）若重沸器的火管表面出現(xiàn)結(jié)焦，其熱流會(huì)發(fā)生改變，致使部分區(qū)域的熱流密度超過31 kW/m 2 ，火管溫度超過221 ℃，導(dǎo)致三甘醇溶液發(fā)生裂解。

 

3.4 貧富液換熱器（固定板式）換熱效果差

經(jīng)過貧富液換熱器換熱后，東西兩列裝置貧液溫度分別為 87 ℃、104 ℃，富液溫度為 89 ℃，與較為合理的操作溫度（換熱后貧液溫度低于 60 ℃，富液溫度130~150 ℃）偏差較大，表明三甘醇貧富液換熱器可能存在結(jié)垢、堵塞現(xiàn)象。

貧液溫度的增高也提升吸收塔的吸收溫度，在三甘醇溶液濃度、吸收壓力一定的條件下，吸收溫度越高，脫水效果越差。

 

4 結(jié)語

（1）更換 2 臺(tái)濕凈化氣冷卻器，降低進(jìn)入脫水系統(tǒng)的天然氣溫度，選用形式為 U 型管式換熱器。

（2）更換三甘醇貧液循環(huán)泵，更換后應(yīng)定期對(duì)三甘醇循環(huán)泵進(jìn)行檢修維護(hù)和保養(yǎng)，清除污垢及雜質(zhì)，提高運(yùn)行效率。

（3）更換三甘醇貧富液換熱器，改善換熱效果 ；并對(duì)已損壞的三甘醇貧富液換熱器進(jìn)出口溫度計(jì)、產(chǎn)品氣分離器液位計(jì)進(jìn)行更換。

（4）對(duì)磁翻板液位計(jì)內(nèi)的三甘醇溶液進(jìn)行整體更換。

（5）對(duì)清洗重沸器進(jìn)行拆解檢修，清洗內(nèi)部結(jié)焦物質(zhì)，校驗(yàn)溫控系統(tǒng)儀表，生產(chǎn)時(shí)控制重沸器的溫度為198~200 ℃，管壁溫度不應(yīng)超過 221 ℃。