氣體噴射器在天然氣處理系統的應用

石志敏 武茂芹 史德平（大港油田天然氣公司）

氣體噴射器主要用于氣體增壓輸送，應用氣體噴射器增壓優點非常多，但缺點也非常明顯，其中一個缺點就是它需要壓力和流量都相對穩定的高壓氣源作為工作流體。目前國內關于氣體噴射器在天然氣領域的研究成果[1-3]及應用實例[4]并不多，這其中最重要的原因就是天然氣組分復雜、物性變化較大，這給噴射器設計及應用帶來了較大的難度和不確定性。氣體噴射器的應用，最重要的是要充分利用現有客觀條件，針對天然氣處理站既有可利用高壓天然氣又有低壓氣需被增壓的有利條件，開展了氣體噴射器在低壓天然氣增壓處理方面的應用。

1 存在問題

大港油田天然氣處理站有2套天然氣處理裝置，裝置進氣壓力均為3.0MPa，氣源來自于大港油田自產高、中及低壓氣，配置的5臺原料氣壓縮機用來壓縮壓力分別只有1.25MPa和0.07MPa的中、低壓氣，受低壓氣來氣量不穩定的影響，低壓氣來氣量與在用的5臺原料氣壓縮機組運行之間就存在不匹配問題，這就造成了原料氣壓縮機長期低負荷運行，浪費了部分電能。

天然氣處理站還設有2臺港滄線增壓機，增壓后的陜氣主要供往滄州、淄博等地，增壓機出口壓力為4.0MPa，受下游用氣量的影響，每天有30×104m3天然氣需要打回流，回流氣的反復循環壓縮也造成了電能和壓力能的浪費。

2 改造方案

相對于采用壓縮機提升氣體壓力的方式，采用氣體噴射器提升氣體壓力，只需利用高壓能源而不需增加許多輔助設備，不但可以達到節能降耗的目的，還減少了操作難度及運行風險。

為了節能降耗，提高效益，充分利用現有港滄線增壓機30×104m3/d回流高壓天然氣的有利條件，天然氣處理站應用了氣體噴射器裝置，將港滄線增壓機回流的4.0 MPa高壓天然氣作為工作流體，引射一部分無法經濟增壓處理的0.07MPa低壓天然氣，噴射器出口混合氣進入到0.85MPa的外輸管網外輸。

3 系統設計

3.1 噴射器選型

噴射器是利用射流的紊動擴散作用，使不同壓力的兩股流體相互混合，并引發能量交換的流體機械和混合反應設備。天然氣噴射技術工作原理是高壓天然氣經噴嘴節流，在混合腔形成低于低壓氣入口壓力的低壓區，低壓天然氣在壓差作用下被吸入混合段與高速流動的天然氣混合，形成具有一定速度的混合氣流，在擴壓段內完成升壓后外輸。受氣體噴射器本身技術特點的限制，氣體噴射器對兩股氣體的壓力、溫度、組分及壓力差都有一定的要求，針對不同的兩股氣體，依據出口壓力要求的不同需要選配不同的噴嘴，對于特定條件下的高、低壓氣體為了達到需要的出口壓力，有時需要二級或多級引射才能滿足需求。結合天然氣處理站在高、低壓天然氣的氣源的條件，尤其是低壓氣源壓力只有0.07MPa非常低的不利條件，為達到氣體噴射器出口壓力為1.0MPa的外輸條件，該氣體噴射器選用了兩級噴射形式。

3.2 流程設計

氣體噴射器在國內真正應用于天然氣領域的實例并不多，相對于天然氣處理站低壓氣壓力較低的氣源狀況，國內沒有相似的氣體噴射器裝置，見圖1。因此在氣體噴射器系統工藝流程設計上，沒有可以參考的模型，為保證噴射器系統運行的安全性與可靠性，加強了工藝控制系統方面的設計，特別設計了氣體噴射器高、低壓氣入口匯管緊急關斷閥，并設置了5個關斷條件與之相連鎖，此外還設有氣體噴射器高壓氣入口匯管流量檢測及自動調節功能。

系統流程：低壓天然氣和經流量調節的高壓天然氣經氣體噴射器混合，混合氣再進入處理站外輸管網外輸。

4 系統調試

對于本項目來說，被增壓的低壓氣流量越大越能體現其在替代低壓氣壓縮機的作用，因此如何能提高低壓氣的流量，就成了本項目調試最先解決的問題。除高、低壓氣的組分、溫度等不可控因素外，高壓氣的流量、壓力，低壓氣的壓力以及噴射器出口壓力等也都直接影響低壓氣的流量，而噴射器一級噴嘴和二級噴嘴尺寸成為了其中關鍵因素。

2012年，我們對噴射器進行了調試，共對4種不同型號的一級噴嘴和4種不同型號的二級噴嘴進行了7種組合，其中一組噴嘴組合在高、低壓氣及混合氣壓力分別為3.85 MPa、0.055 MPa及0.80 MPa情況下，30.2×104m3/d高壓天然氣增壓的低壓氣氣量達到了1.2×104m3/d。類似的工況下的調試，有3組噴嘴組合也實現了引射量1.0×104m3/d以上，達到了預期效果。

5 結語

1）經濟效益方面。該項目總投入140萬元，改造后該裝置可在低壓氣來氣量滿足一定的條件下代替低壓氣壓縮機運行，該裝置每運行一天，即節約可壓縮機運行電費1.5萬元，同時也減少了壓縮機運行帶來的維護保養費用。

2）在社會效益方面。解決了處理站高壓天然氣能的浪費及低壓氣增壓能耗高的難題，增大了處理站處理低壓氣量的能力，提高了低壓氣與壓縮機運行匹配的靈活度，降低了人員的勞動強度。

[1]楊德偉,林日億,王彌康,等.利用噴射器技術輸送低壓氣層天然氣[J].油氣田地面工程,2005,24(4):10-12.

[2]宓亢琪,天然氣引射器特性方程與工況的研究[J].煤氣與熱力,2006,26(6):1-5.

[3]吳革生,劉雙全,張振紅,等.天然氣噴射引流裝置變工況性能試驗[J].天然氣工業,2009,29(10):83-85.

[4]劉雙全,陳德見,汪雄雄,等.集氣站放空氣噴射回收技術[J].油氣田地面工程,2011,30(4):44-45.