汽提氣在脫水生產中的應用及能耗分析

陳界學　唐承靜（中國石油西南油氣田分公司重慶氣礦）

汽提氣在脫水生產中的應用及能耗分析

陳界學唐承靜（中國石油西南油氣田分公司重慶氣礦）

摘要：對離上游增壓站近且含水量高的天然氣進行脫水處理時，為了保證脫水效果，需在塔前設置空冷器對來氣進行降溫和脫水處理，但是空冷器冷卻效果差、耗能大、水冷管線易結垢，以及風機軸承和風扇葉片故障率高等問題無法得到徹底解決。為了達到脫水深度同時實現節能降耗的目的，通過應用汽提氣工藝，即用干燥天然氣或惰性氣體通過正在再生的甘醇，脫出僅靠蒸餾過程脫不出的水分，獲得了高濃度甘醇貧液和高的露點降，達到了脫水工藝的要求，實現了節能降耗的目的。

關鍵詞：汽提氣脫水能耗技術

福成寨脫水站建成于 2000 年，負責處理福成寨氣田的原料氣。脫水裝置為引進加拿大橇裝設備，采用三甘醇脫水工藝，設計處理量為 80×104m3/d。該 站離上 游增壓 站距離 僅 50m，濕氣入站溫度高。為保證脫水效果，在濕氣入塔前，需增設1臺空冷器，對來氣進行降溫后再進入脫水裝置。福成寨脫水站先后經過4次大修改造，地面工藝流程、機泵設置已趨于完善，但空冷器能耗大、冷卻效果差，水冷管線易結垢，以及風機軸承和風扇葉片故障率高等問題未得到徹底解決。福成寨脫水站通過應用汽提氣工藝，即用干燥天然氣或惰性氣體通過正在再生的甘醇，脫出僅靠蒸餾過程脫不掉水分 的氣體 （圖1），獲得了高濃度甘醇貧液和高的露點降，從而停用了空冷器，脫水效果同樣達到了工藝要求，并實現了節能降耗的目的。

圖1　汽提氣再生流程簡圖

1　實施汽提氣工藝的依據和條件

脫水裝置正常運行時，重沸器再生溫度穩定在170～200 ℃ 之 間 ， 三 甘 醇 貧 液 濃 度 須 在 98% 以上，才能保證脫水的深度。濕氣進塔溫度升高，將導致脫水負荷增大。

由甘醇濃度、循環量、露點降等關系曲線圖可知，每脫 1lb 水，甘醇循環量為 42L。當貧液濃度為 98%時，露點降為 21.3 ℃；當貧液濃度為 99%時，露點降可達 26.8 ℃。可見，提高甘醇貧液濃度是保證脫水深度的最有效途徑 （圖2）。

圖2　干氣露點降與甘醇循環量和甘醇濃度的關系曲線（SY-10076-2008天然氣脫水設計規范）

汽提氣和貧甘醇緊密接觸，能吸收濃甘醇中的殘余水分；因此，利用汽提氣來提取高濃度的甘醇貧液，可克服因濕氣入塔溫度升高而導致脫水負荷增大的影響，最終獲取高的露點降。

實施汽提氣的條件是：

1）汽提氣量要保證獲得高的貧液濃度。

2）汽提氣量不宜過大，防止三甘醇過量損失。

3）使用汽提氣后要保證各參數在正常范圍內。濕氣的入塔溫度不能超過 48℃，且甘醇入塔溫度不能超過60℃。

4）汽提氣量大小可根據每 100L 循環甘醇需要的 汽 提 氣 量 （ 約 為 1.5～ 7.5m3）來 確 定（SY/T0076—2008 天然氣脫水設計規范）。

使用汽提氣后的安全措施是：

1）要加強各運行參數的監控和現場巡檢工作。

2）在原來事故應急預案中，當脫水裝置發生異常時，需要切斷灼燒爐主火控制閥、引導火控制閥，同時要增加切斷汽提氣控制閥的環節。

3）在須打開緩沖罐甘醇臨時加注口時，首先要關閉汽提氣，操作完成后再開汽提氣。

4）灼燒爐熄火后應關閉各氣源控制閥，置換空氣 5min 后再點火。

2　汽提氣工藝對脫水裝置的影響

2.1溫度的影響

濕氣入塔溫度在軸流風機停用后上升8℃，增大了脫水負荷。產品氣溫度上升可能會增加三甘醇消耗，因此，甘醇總消耗量應控制在正常范圍內。

2.2閃蒸效果的影響

停空冷器后閃蒸罐溫度上升 10℃左右，閃蒸效果變好，有利于三甘醇的再生和品質維護，從而提高活性炭過濾器濾芯的使用壽命。

2.3三甘醇循環量

循環量由原來 350～400L/h，調整為 250～300 L/h，入泵溫度由原來 72 ℃下降為 52 ℃。循環量的下調減少了電力消耗和甘醇泵盤根柱塞的磨損，同時也減少了震動、噪音和維護工作量。

2.4濃度的影響

低溫干氣從緩沖罐上部進入后，逐級經過緩沖罐、重沸器、精餾柱的各級填料，最終從再生汽管線進入灼燒爐灼燒。在此過程中干氣與三甘醇緊密接觸，吸收三甘醇中的水分變成高溫濕氣；同時，汽提氣的置換與流動，將緩沖罐、重沸器、精餾柱的蒸汽攜帶至灼燒爐灼燒。因此，使用汽提氣后，能夠得到比常規再生濃度高得多的甘醇 （表1）。

表1　2008年5月實施汽提氣前后濃度對比

2.5干氣露點

使用冷鏡式露點儀對干氣露點進行了測量，脫水效果均合格，詳見表2。

表2　干氣露點統計表

3　汽提氣量與操作變量的工藝調節

3.1增減氣量

增加或減少脫水氣量時三甘醇循環量和汽提氣量要隨之增減。在甘醇泵使用電泵的脫水站，調節時既要考慮汽提氣量的使用原則，又要考慮變頻器的節能問題。現場通過實測甘醇泵在不同頻率下的耗電量，找到變頻器的最佳節能范圍，使甘醇循環量始終控制在變頻器的最佳節能范圍內，并力求達到最佳的節能效果。例如，福成寨站甘醇循環泵功率為 5.6kWh，當循環量 在 250L/h 時，每 日耗電量僅為 75kWh，節能率達到了 44%。

3.2濕氣入塔壓力的變化

當濕氣入塔壓力降低時，天然氣含水量隨之上升。此時應適當調大汽提氣量或循環量。反之當壓力上升時，應適當減少汽提氣量或循環量。

3.3濕氣入塔溫度的增減

在濕氣入塔溫度發生改變時，應監視其他各工藝參數的變化，適時調整汽提氣量和循環量，保證脫水效果，達到優質低耗。

3.4灼燒爐溫度的控制

汽提氣可以代替燃料氣與閃蒸氣一起灼燒。通常 灼燒爐 反應 室溫度 在 500～550 ℃就 可以 將 H2S 轉換成 SO2，同時將其他輕烴燒掉。控制較低的反應室溫度，可以節約燃料氣消耗量。當汽提氣量較大，反應室溫度達到 550 ℃以上時，可關閉灼燒爐主火和引導火；當反應室溫度低于500 ℃時，應點燃引導火保證灼燒。當汽提氣完全替代燃料氣后，灼燒爐反應室溫度超過 700 ℃時，應對汽提氣量進行控制。

表3　2007—2009年實耗電量對比

4　能耗對比分析

4.1直接經濟效益

1）節約電力。空冷器風機停用后，風機電動機功率 11kW，每日耗電 264kWh。變損分攤 按25%計，月耗電 9840kWh，價值 7892元。電量實耗見表3，可以看出，使用汽提氣1年來，共節約電量 65387kWh，用電量下降約83%。全年節約電費支出 6.54 萬元。

2）節 約 水 。 每 日 10m3， 全 月 300m3， 價 值900元。

3）節 約 天 然 氣 。 原 灼 燒 爐 日耗氣 240m3， 目前汽提氣量 180m3，節約 60m3，全月價值 1800 元。

綜上所述每月可節約水、電、氣費 10592 元，全年節約109520元 （按空冷器停用10個月計）。

4.2間接經濟效益

1）使用汽提氣后，重沸器、緩沖罐始終保持微正壓，形成了氣體覆蓋層，阻止空氣進入甘醇再生系統。氣體覆蓋排除了空氣，可防止甘醇氧化而形成腐蝕性酸液，提高三甘醇使用壽命2年以上；同時汽提氣將高溫釋放出來的大量酸性氣體快速置換，防止了腐蝕氣體的積聚，減少了再生裝置的腐蝕。

2）空冷器風機的停用，每年可減少皮帶消耗1根 （價值 4000 元）、軸承一副 （價值 1000 元），減少了風扇葉片更換工作量 （每兩年更換 1次），以及大量的人工維修費用。

3）甘醇泵循環量的下降，不僅減少了電力消耗，還減少了機械磨損和維護工作量。

綜上所述，估算間接經濟效益每年大約在10萬元左右。

5　結論

1）汽提氣工藝在生產中的應用，能夠獲得高濃度的貧液，從而保證干氣露點。

2）汽提氣工藝的應用不需對現有工藝進行較大的改造，即可獲得較高的經濟效益，且對節能減排貢獻很大。

DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2013.004.006

收稿日期：（2012-12-20）

第一作者簡介：陳界學，2008年畢業于西南石油大學，從事節能減排 工 作 ，E-mail：chen_jxue@petrochina.com.cn， 地 址 ：四 川 省 達 州市大竹縣東湖路379號生產技術辦公室，635100。