海管低輸量下LPG系統運行模式探討

陶亮(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524000)

0 引言

隨著崖城13-1氣田進入生產開發后期，天然氣產量逐年下降，凝析油產量也相應降低。同時南山終端下游用氣大幅減少，在這種低流量情況下，一方面天然氣攜液能力降低，海管積液增多，凝析油不能被連續攜帶到終端處理，導致LPG系統不能實現連續處理。另一方面，從LPG脫出來的天然氣在各方面不滿足銷售合同要求，低流量下條件，和天然氣處理系統的天然氣混合后可能會導致外輸天然氣不合格。此外在低流量下，作為LPG系統最主要來料之一的低溫分離器冷凝液大幅減少，會導致LPG系統不能穩定運行。因此在不同的凝析油產量和不同的下游銷售氣量下，從節能，經濟可行性方面出發，南山終端LPG系統需要采取不同的運行模式。

1 LPG處理系統的流程及生產特點

1.1 LPG處理系統的流程

LPG系統最主要的來料有兩個：低溫分離器液相出口油料與凝析油三相分離器出口油相出口。兩路來料合并后與脫C4塔塔底凝析油在LPG進口換熱器換熱后進入脫C2塔，在脫C2塔被加熱爐加熱后C1，C2從塔頂被脫出。頂部氣體經塔頂氣壓縮機壓縮后與主體銷售氣合并，或進入原有一、二級壓縮機壓縮后與主體銷售氣合并。來料被脫除C1，C2后進入脫C4塔，C3、C4即LPG在脫C4塔被加熱分餾后從塔頂經空冷器冷凝成液態后進入脫C4塔頂回流罐。回流罐的液化氣用液化氣泵升壓后一部分進入脫C4塔上部作回流冷卻，一部分進入脫硫塔脫硫后進入LPG儲存罐。脫C4塔重沸器中C5以上的的重質組份作為凝析油從塔底經LPG換熱器與來料換熱后進入凝析油三相分離器的換熱器，最后經過空冷器冷卻后進入凝析油罐。

1.2 LPG處理系統的生產特點

LPG處理系統中脫C2塔加熱爐使用的是熱虹吸加熱爐，而LPG系統正常運轉的最大瓶頸就是脫C2塔加熱爐熱虹吸動態平衡的建立。在熱虹吸加熱爐中物料被加熱膨脹汽化，密度變小，離開汽化空間，順利返回到塔里，返回塔中的氣液兩相，氣相向上通過塔盤到塔頂，而液相會掉落到塔底。由于靜壓差的作用，塔盤將會不斷補充被蒸發掉的那部分液位，從而實現一個動態平衡。南山LPG處理系統中，液體進入碳2塔后往下流到底層塔盤，再到一個積液槽后出塔從脫碳2塔熱油爐底部進入，加熱后產氣液兩相流回碳2塔塔底，液體由塔低進入脫C4塔，氣體流向塔頂。因此要實現虹吸現象，要有足夠多的氣體保持一定壓力使液體不能直接落到塔低。當來料中沒有足夠的LPG成分時，塔底壓力下降，來料直接從底層塔板漏到塔低，從而不經過加熱爐，熱平衡系統被打破，脫C2塔塔低溫度不能建立，LPG系統不能正常運轉。因此當低溫分離器的冷凝液很少的情況下，對LPG系統的穩定有很大影響，而其LPG系統要穩定運行，必須達到建立脫C2塔加熱爐熱虹吸動態平衡的最小處理量。

2 LPG系統模擬低流量生產最小處理量測試

2.1 測試目的

通過調節控制，逐漸降低每日凝析油處理量，調節LPG參數使LPG穩定運行，測試出LPG系統能穩定運行的最小處理量和關鍵工藝控制參數。

2.2 測試過程

測試時手動調節控制三相分離器液相出口閥，保持一天凝析油處理速度不變，工藝控制參數不變，保持LPG系統穩定運行。如果LPG系統能穩定運行，則關小三相分離器液相出口閥，降低處理量，繼續測試。如果LPG系統不能穩定運行，降低脫碳2塔塔頂壓力，繼續測試，直到LPG系統不能穩定運行。

2.3 測試結論

脫C2塔塔頂壓力在1.28Mpa，低溫分離器冷凝液30桶/天，不能連續供液條件下，LPG系統能穩定運行的最小凝析油處理量約為550桶/天，LPG回收率也相對較高。如果降低碳2塔塔頂壓力到1.21Mpa，可以進一步降低LPG穩定運行的最小處理量，約為420桶/天，但會大幅減少LPG回收率，沒有經濟效果。

3 低流量條件下通球作業測試

3.1 不同天然氣外輸量下清管球作業模擬工況

隨著海管天然氣輸量增加，海管積液量和清管段塞體積減小、排液時間縮短、排液流量增大、清管器運行速度提高，進而清管時間縮短。在低流量下，海管積液量增多，而終端段塞捕集器的存儲總量為7800桶，高液位關停點設定為4500BBLS。當海管天然氣輸量較低(低于71.88萬方/天)時，清管段塞體積超出段塞流捕集器的處理能力，因此若在較低輸量下直接進行清管，可能會導致段塞流捕集器無法正常處理清管段塞，導致段塞流捕集器氣相進液，影響正常工藝。因此當天然氣輸量低于71.88萬方/天時，不能直接進行清管作業，只能通過縮短常規清管周期等方法進行清管。

3.2 低流量下2%、3%過盈清管測試

為提高清管作業效果，保證清管球能順利到達，通過現場調研與風險評估，現場使用2%、3%過盈清管，同時縮短常規清管周期，采取當海管凝析油儲量達到一定量時進行清管球作業方式。對比模擬工況計算數據與實際測試數據發現，實際清管球作業與模擬計算基本吻合，但受海管積液量、海管壓力等多方面因素影響，有一定差異，天然氣輸量在28.75萬方/天以上時實際清管作業清管球運行時間比模擬計算時間短，在28.75萬方/天以下時實際清管作業清管球運行時間比模擬計算時間長。

4 低流量條件脫C2塔塔頂氣對銷售氣的影響。

4.1 脫C2塔塔頂氣質量分析

通過取塔頂氣樣進行組分分析，用醋酸鉛和氯化鋇快速測定管法檢測H2S含量為120ppm，含水量為6-8ppm，H2S含量高達120ppm，低流量處理條件下，脫C2塔塔頂壓力降低后，H2S含量還會升高，可達180PPM，超過天然氣銷售合同50ppm的最高限值要求。

(1) CO2含量高達20%，但海南天然氣銷售合同對CO2含量沒有作具體要求。

(2)碳氫化合物含量低，C1-C5總含量為78.923%，低于天然氣銷售合同85%的最低限值要求。

(3) C6+以上重組分含量高達0.595%，比外輸干氣C6+含量0.122%高，造成其烴露點高達76℉，高于天然氣銷售合同55℉的最高限值要求。

4.2 脫C2塔塔頂氣處理

當下游提氣量低于61244方/天時，脫C2塔塔頂氣注入到銷售氣會導致銷售氣質量不合格，為了回收塔頂氣，減少天然氣排放，可是停脫C2塔頂氣壓縮機，啟動舊一級壓縮機壓縮塔頂氣到燃料氣系統，作為燃料氣。為了回收塔頂氣，可以對系統進行改造：從一級壓縮機入口滌氣罐直接連接到燃料氣系統做低壓燃料氣使用，低壓燃料氣每日消耗約5500方/天，塔頂氣基本能滿足低壓燃料氣需求，這條管線現場已經做有預留，現場只許做小改造就可實現，這樣可以避免使用壓縮機，可以節省電166.6萬度/年，減少燃料氣排放182.5萬方/天放，實現降本增效，節能減排。

5 LPG系統運行模式

在海管低輸量模式下，海管凝析油不能被連續攜帶到終端，只能通過定期清管球作業把凝析油推倒終端，在這種情況下LPG系統運行模式可分連續處理和間歇處理兩種模式。連續處理模式：清管球作業后終端收到凝析油后，控制LPG系統凝析油處理量，直到下次清管球作業收到凝析油，實現連續處理。間歇處理模式：清管球作業后終端收到凝析油后，加大LPG系統凝析油處理量，快速處理完凝析油后把系統停下來，直到下次清管球作業收到凝析油。

LPG系統間歇處理模式在處理相同凝析油量的前提下LPG產量低。通過現場實際數據記錄，LPG系統整個關停(包括LPG壓縮機)期間，每天大約可以減少用電4000度，燃料氣消耗每天減少2000方。但是每次LPG系統關停/啟動時需要排放部分天然氣，根據記錄數據估算，關停排放量約500方，啟動排放量約1800方。同時關停后，脫碳2，脫碳4塔因為沒有熱交換，塔和管線溫度變化較大，部分設備溫度變化超過250華氏度；對設備沖擊較大，閥門經常出現盤根泄漏。此外關停時，需三名操作員配合用時1小時關閉系統，恢復啟動時，熱媒溫度達到啟動溫度后，從進料建立系統循環，到啟動壓縮機，啟動回流泵到最后完全恢復穩定生產，至少需要三名操作員配合用時4小時。因此綜合考慮，在能實現連續處理的條件下，連續處理模式要優于間歇處理模式，一方面減少設備啟停，減少操作工作，對設備也有好處，同時減少天然氣排放；另一方面可以增加LPG產量。

6 低流量條件LPG系統連續運行模式可行性分析

通過LPG系統模擬低流量生產最小處理量測試，LPG系統能穩定運行的最小處理量約為550桶/天。我們采取定期清管球作業方式，當海管積液量達到2500桶時進行清管球作業，如果平臺每日到海管的凝析油產量為550桶/天，到達2500桶需要4.5天(108小時)，在這種情況下，只要清管球的運行時間小于108小時，LPG系統就可以連續運行。而在低流量下2%、3%過盈清管球作業實際測試中發現，當海管積液量達到2500桶凝析油時，采用2%過盈清管球進行作業時，在23萬方/天流量下清管球的運行時間約為61小時，可以實現連續處理。如果流量在14.38萬方/天以下，清管球的運行時間大于111小時，這時就不能實現連續處理。

7 結語

南山終端進入在低流量處理工況下，當平臺日產凝析油量大于550桶/天，外輸流量大于14.38萬方/天時，采取定期清管球作業方式，當凝析油達到2500桶進行清管球作業，LPG系統采取連續處理模式最經濟可行。當平臺日產凝析油量小于550桶/天或外輸流量小于14.38萬方/天時，南山終端LPG系統不能連續處理，只能采取間歇處理模式。

為了回收脫C2塔塔頂氣，對系統進行小改造：從一級壓縮機入口滌氣罐直接連接到燃料氣系統做低壓燃料氣使用，不使用壓縮機，可以省電166.6萬度/年，減少燃料氣排放182.5萬方/天，實現降本增效，節能減排。