增壓生產模式下提升脫水橇運行效果措施分析

溫立憲，陳 斌，呂海霞，孫利明，劉文舉，王 霄，劉 佳，薛仁雨，李春亮，黃東江

（中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川 750001）

三甘醇溶劑吸收脫水由于露點降大，成本低、運行可靠及經濟效益好，故被廣泛采用。目前，國內大部分氣田集氣站場均采用三甘醇吸收脫水工藝對原料天然氣進行初步脫水處理。脫水橇由高壓吸收脫水系統和低壓高溫再生系統組成，主體設備包括吸收塔、閃蒸罐、濾布過濾器、活性碳過濾器、再生器、緩沖罐等。現以普帕克脫水橇為例進行流程說明，具體（見圖1）。

由再生系統來的貧甘醇先經冷卻和加壓后進入吸收塔頂部塔板，橫向流過塔板后經降液管流到下層塔板。濕天然氣進入塔底后經塔內滌氣器進行氣液分離后，進入吸收塔釜第一塊塔板，逐層向上層塔板流動，三甘醇和天然氣在塔板上接觸吸收天然氣中的水分。吸收塔頂部設有捕霧器以脫除出口干氣所夾帶的甘醇液滴，減少甘醇損失。吸收了水分的富甘醇自吸收塔底流出、換熱后進入三甘醇閃蒸罐，閃蒸分離出吸收的烴類氣體后，依次經過濾布過濾器和活性炭過濾器，除去甘醇溶液在吸收塔中吸收與攜帶的少量固體、液烴、化學劑及其它雜質，以防引起甘醇溶液起泡、堵塞再生系統的精餾柱或使再沸器的火管結垢。過濾后的富甘醇溶液進入三甘醇緩沖罐，與貧液換熱后進入再生器，在重沸器內常壓下加熱蒸出所吸收的水分，并由精餾柱頂部排向大氣。再生后的貧甘醇在緩沖罐內與富甘醇換熱后經泵增壓，與吸收塔頂干氣換熱后進入吸收塔頂循環使用。

圖1 普帕克脫水橇工藝流程

1 增壓生產模式下存在的問題

為準確分析進脫水橇天然氣的氣質及工況變化對脫水效果的影響，使用HYSYS過程仿真模擬天然氣三甘醇脫水處理裝置。本模型中使用Peng-Robinson方法，在TEG脫水的氣液平衡模型中表現出良好的收斂性和較高的精度。

天然氣經壓縮機增壓后，導致進脫水橇天然氣溫度升高，夏季時進脫水橇天然氣溫度可達50℃左右。對不同溫度情況下天然氣飽和含水量進行模擬計算（見表 1）。

表1 不同溫度情況下天然氣飽和含水量

由表1可知：增壓生產模式下天然氣的溫度升高，使得進脫水橇進口天然氣含水量明顯升高。

現按處理氣量為50×104m3/d，增壓前壓力3.5 MPa，天然氣中水以飽和水形式存在，增壓后壓力為5.4 MPa，脫水橇塔底分離器游離水脫除率100%考慮，三甘醇貧液濃度為98%，循環量為625 L/h，對不同溫度下三甘醇脫水效果進行模擬（見表2）。

由表2可知：脫水橇進氣溫度由30℃升至50℃，在含水量不變的情況下，露點降急劇下降。

2 增壓生產模式下提高脫水效果措施分析

2.1 循環量對露點影響定量分析

在天然氣進塔溫度為35℃，三甘醇濃度為98%的情況下，對循環量進行模擬（見表3）。

由表3可知：三甘醇循環量在300～600 L/h水時，隨著循環量的提高，露點降變化不明顯。

2.2 貧液濃度對露點影響定量分析

在天然氣進塔溫度為35℃，循環量為400 L/h的情況下，對三甘醇濃度進行模擬（見表4）。

由表4可知：提高貧甘醇中的TEG濃度可顯著降低天然氣的露點。

表2 不同溫度情況下脫水后露點計算

表3 不同循環量情況下脫水后露點計算

表4 不同濃度情況下脫水后橇露點計算

2.3 進塔溫度對露點影響定量分析

由表2可知，在含水量不變的情況下，進塔溫度升高導致露點急劇下降。因此，降低進塔天然氣的溫度對露點控制具有非常重要的意義，現從增壓和加熱兩個環節進行分析以探討降低脫水橇進塔天熱氣溫度的有效措施。

2.3.1 增壓前后天然氣換熱可行性分析 利用HTRI及HYSYS軟件模擬計算，將增壓前后的天然氣進行換熱，換熱模擬流程（見圖2）。

圖2 換熱模擬流程圖

表5 不同工況情況下換熱計算

環境溫度按30℃考慮，選取DPC-2803型壓縮機余隙為0，轉速400 r/min時4組壓力及處理氣量數據進行模擬（見表5）。

由表5可知：壓縮前后天然氣換熱是可行的，換熱器換熱面積×換熱系數設置為8 000～10 000時可滿足不同工況下需求，冷卻后溫度可達到30～35℃。

2.3.2 加熱流程調整可行性分析 利用HYSYS軟件對加熱節流工藝進行模擬，選用PR（Peng Robinson）方程，加熱節流過程模擬流程（見圖3）。

圖3 加熱節流過程模擬流程圖

由表6可知：模型計算結果與多組現場運行參數進行對比，符合程度較高，模型可適用于現場計算。

增壓后將采用多井輪換加熱節流工藝，即對進加熱爐流程進行調整，滿足高壓氣井的加熱節流要求，低壓氣井直接進壓縮機。以四井式加熱爐為例，對4口氣井加熱，節流后壓力為2 MPa，具體計算結果（見表7）。

由表7可知:為保證1#井從12 MPa節流至2 MPa，節流后溫度在5℃以上，節流前溫度需要在45.8℃以上，加熱功率為38.2 kW，計算出加熱爐水溫需保持在59 ℃。此時，2#、3#、4#井天然氣溫度由 20 ℃升至 59 ℃，混合氣溫度為25.3℃，而2#、3#、4#氣井直接進壓縮機則混合后氣體溫度僅為10℃。

3 結論與建議

在增壓生產模式下，天然氣進塔溫度升高使得水含量增大，導致外輸露點不合格。單純地提高三甘醇循環量對提高脫水效果的作用不大，提高貧甘醇中的TEG濃度可顯著降低露點。因此，實際生產中盡可能提高再生溫度并投用汽提氣以提高三甘醇濃度，從而有效降低外輸露點。

表6 現場生產數據與模擬結果對比

表7 示例氣井加熱過程計算

在壓縮機空冷器正常運行條件下，將壓縮前后的天然氣進行換熱可顯著降低天然氣進塔溫度。模擬分析可知：在換熱器換熱面積×換熱系數設置為8 000～10 000時可滿足不同工況下需求，冷卻后溫度可控制在30～35℃。為進一步降低壓縮機進口溫度，建議對單站增壓站及區域增壓本站加熱流程進行調整，通過設置旁通流程以滿足氣井開井及高壓氣井節流降壓的需求，從而有效降低壓縮機進口天然氣溫度。

[1]馮叔初，郭揆常.油氣集輸與礦場加工[M］.山東：中國石油大學出版社，1992.

[2]張良，等.三甘醇脫水裝置影響因素定量分析[J］.內蒙古石油化工，2010，30（4）：24-27.