關于氣田集氣處理站磁翻板液位計外輸氣水露點工藝的優化方案解析

 

0 引言

松南氣田已經平穩運行 9 年多，隨著運行年限增加，氣田開發生產狀況發生了較大的變化，加之部分設備的運行參數變化等問題，松南氣田磁翻板液位計處理脫水系統逐漸暴露出多方面的不適應性，本文系統的分析了松南氣田磁翻板液位計處理系統存在影響外輸氣水露點的問題和矛盾，并加以研究解決。

 

1 工程及生產現狀

松南氣田集氣處理站自 2009 年投產，保持平穩、連續運行，進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，進站溫度較初期投產約高 20 ℃左右，目前約 45~50 ℃ ；脫碳、脫水系統運行壓力約為 6.7 MPa，其中脫碳裝置凈化氣出口溫度較設計點高約 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，經過處理的天然氣二氧化碳含量及含水量絕大多數時間符合《天然氣》（GB 17820-2012）中二類氣標準。

 

2 外輸氣水露點影響因素分析

建立數學模型分析天然氣溫度、壓力、三甘醇濃度、三甘醇循環量、汽提氣量對脫水效果的影響，通過數學模型判斷各個因素對水露點的影響趨勢，進而判斷磁翻板液位計導致外輸氣水露點的產生波動的問題所在。

 

2.1 建立數學模型，模擬脫水工藝流程

通過建立模型分別分析凈化氣水露點對天然氣溫度、壓力、三甘醇循環量、汽提氣量變化的敏感性。結合現狀的運行壓力及預測的 2022 磁翻板液位計降壓運行的趨勢，選取 8 MPa、7 MPa、6 MPa、5 MPa、4 MPa等壓力點進行分析，結合天然氣進脫水系統的溫度變化，對 30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃進行分析。

 

2.2 工藝參數對脫水處理效果的影響分析

2.2.1 天然氣溫度變化對凈化氣水露點的敏感性分析

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

分別模擬不同壓力下溫度對天然氣水露點的影響，隨著天然氣溫度的升高，凈化氣水露點逐漸升高，幾乎成正比例關系。因此脫水后天然氣水露點與進塔天然氣溫度密切相關，對溫度的敏感性較強。

 

2.2.2 天然氣壓力變化對凈化氣水露點的敏感性分析

低溫下物理吸收速率較慢，進氣壓力降低會增加水汽含量，但氣速增加提高了傳質過程氣液相湍動程度，促進了水分的吸收。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，降低了吸收效果。總體上三甘醇脫水過程對壓力的敏感性較弱。

 

2.2.3 汽提氣量變化對凈化氣水露點的敏感性分析

40 ℃時，凈化氣水露點隨汽提氣量的增加而顯著降低，在 50 ℃和 60 ℃時，凈化氣水露點基本不受汽提氣量的影響。主要原因為在天然氣進氣溫度較高時，汽提提升的三甘醇濃度不再是影響水露點的主要因素，反而凈化氣的溫度成為制約水露點的主要因素。

 

2.2.4 三甘醇循環量變化對凈化氣水露點的敏感性分析

在不同工況下應采用不同的三甘醇循環量，以滿足天然氣水露點降的要求，三甘醇循環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，凈化氣的水露點隨三甘醇的循環量增大而降低。脫水后天然氣水露點與三甘醇的循環量密切相關，對其的敏感性較強。

 

2.3 工藝參數對脫水處理效果的影響分析總結

通過脫水模型模擬和計算，分析了工藝參數變化對外輸氣水露點的影響，得出的主要結論如下 ：

（1）隨著天然氣溫度的升高，外輸氣水露點逐漸升高，幾乎成正比例關系。

（2）在三甘醇磁翻板液位計一般運行壓力 6.4~6.7 MPa范圍內，天然氣進吸收塔溫度低于 40 ℃時，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要求。當天然氣溫度超過 40℃時，若要使外輸天然氣水露點達標，需投用汽提流程。因此，天然氣進吸收塔的溫度不宜超過 40 ℃。

（3）三甘醇的濃度、循環量與外輸氣水露點在甘醇露點降區間內成正比關系，即三甘醇的濃度越高、循環量越大，外輸氣水露點溫度越低。

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

 

3 存在的問題及分析

3.1 脫碳系統濕凈化氣冷卻器換熱效率低

由于濕凈化氣冷卻器結垢（且為固定板式換熱器，清洗不便）導致換熱效果不理想，冷卻后溫度（54~60 ℃）遠高于適宜的三甘醇脫水操作溫度（25~35 ℃）。

3.2 三甘醇溶液循環泵效率下降，不能達到額定泵次

磁翻板液位計三甘醇溶液循環泵采用的是 45015PV 型KIMRAY 泵，1 用 1 備，設計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，僅于2017 年檢修，連續生產運行約 9 年。

目前東西兩列磁翻板液位計 K 泵運行頻次均逐漸降低，zui大的頻次分別為 15 次 /min、16 次 /min，根據理論計算 K 泵排量應為 960 L/h 左右，目前泵次造成三甘醇未達到zui大循環量，影響出塔干氣水露點。

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

3.3 貧液三甘醇濃度偏低，導致脫水效果差

通過對東、西兩列三甘醇取樣化驗，發現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%，甘醇濃度已經遠遠低于標準值。2018 年 6 月底再次化驗分析在用三甘醇質量。分析結果為西列三甘醇貧液質量濃度約 81.37%，含水 1%；東列三甘醇貧液質量濃度約 71.47%，含水 12.2%目前濃度下，受三甘醇平衡水露點的影響，即使循環量再高，脫水效果基本無法保證。

導致三甘醇貧液濃度較低的原因分析 ：（1）脫碳系統來氣溫度高，天然氣中的水和 MDEA 溶液也會隨之增高，較設計值高約 20 ℃，攜帶較多的 MDEA 溶液，由于 MDEA 溶液與甘醇互溶，其沸點又高于甘醇，隨著生產時間的增加導致三甘醇濃度逐漸減低。（2）若重沸器的火管表面出現結焦，其熱流會發生改變，致使部分區域的熱流密度超過31 kW/m 2 ，火管溫度超過221 ℃，導致三甘醇溶液發生裂解。

 

3.4 貧富液換熱器（固定板式）換熱效果差

經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垢、堵塞現象。

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 結語

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

（2）更換三甘醇貧液循環泵，更換后應定期對三甘醇循環泵進行檢修維護和保養，清除污垢及雜質，提高運行效率。

（3）更換三甘醇貧富液換熱器，改善換熱效果 ；并對已損壞的三甘醇貧富液換熱器進出口溫度計、產品氣分離器液位計進行更換。

（4）對磁翻板液位計內的三甘醇溶液進行整體更換。

（5）對清洗重沸器進行拆解檢修，清洗內部結焦物質，校驗溫控系統儀表，生產時控制重沸器的溫度為198~200 ℃，管壁溫度不應超過 221 ℃。