影響三甘醇脫水撬脫水效果的 因素及優化

張超 劉蕊祎 閆國清 賀凱峰 白云飛 趙倩茹

摘要：三甘醇脫水撬是常用的天然氣脫水設備，但在實際運行過程中由于各種因素的影響，常會出現天然氣水露點不合格的情況，本文重點從天然氣進吸收塔的壓力、溫度、重沸器的溫度、泵的循環量、三甘醇性質這些方面對天然氣脫水效果進行分析，并提出相應的優化建議。

關鍵詞：天然氣脫水;三甘醇;脫水撬;水露點;重沸器

1 概述

由于采出天然氣中含有飽和水汽，在管輸過程中會造成管道積液，降低輸送能力及熱值，加速天然氣中的硫化氫和二氧化碳對鋼材的腐蝕，并且有可能會形成水合物凍堵，引起管道、閥門凍堵，影響平穩供氣。為此，必須在天然氣外輸前脫除其中的水分，目前三甘醇溶劑吸收法是氣田集輸與凈化廠主要使用的天然氣脫水方法。三甘醇脫水是一個物理過程，利用三甘醇的親水性，在吸收塔內天然氣中的水份被三甘醇吸收，降低了天然氣中含水量。吸收了水份的三甘醇進入再生系統加熱，除去吸收的水份成為貧三甘醇而得到循環利用。

2 影響天然氣脫水效果的因素及優化

2.1天然氣進吸收塔溫度

在壓力一定的情況下，隨著天然氣進入吸收塔溫度的升高，天然氣的含水量在增加，進而增大了脫水撬的運行負荷，甚至造成脫水撬脫水效果不達標。另一方面，天然氣進塔溫度也并非越低越好，過低的溫度有可能會導致設備管線內形成水合物，所以天然氣進塔溫度要高于水合物的形成溫度，此外，低溫會導致甘醇變稠，溶液起泡增多，致使吸收塔塔板效率降低，溫度低于20℃時，甘醇溶液會和天然氣中的液態烴形成乳化液。

2.2天然氣進塔壓力

從壓力對水露點的影響中可看出（表2-1），天然氣壓力增大時其含水量下降，反之壓力越低，吸收塔要脫除的天然氣水含量就越大，吸收塔負荷也會增大，因此，要選擇合適的天然氣進塔壓力，既保證脫水后能滿足產品氣的水露點要求，又要不對設備造成損害。但在實際運行中天然氣壓力與集氣站系統壓力一致，調節空間非常有限。

2.2重沸器溫度

三甘醇重沸器采用常壓火管加熱再生工藝，通過火管加熱三甘醇富液至200℃左右來蒸發掉其中的水分，達到再生目的。通過現場試驗測定了重沸器再生溫度與貧液濃度的關系，當重沸器的溫度升至192℃后，三甘醇貧液濃度基本保持在99.6%左右，且三甘醇的熱分解溫度為206.5℃。建議重沸器溫度最優設置值為192～200℃。

2.3泵的循環量

為了保證三甘醇和天然氣充分接觸，脫1 kg水所需三甘醇量為25～60L，在此區間，三甘醇循環量的變化對脫水深度的影響不大。

---所需三甘醇量，m3

---天然氣量，104m3

---每立方米天然氣含水量，以5.5Mpa壓力下水露點為14℃時的含水量計算，取值0.3g/m3

---脫1kg水所需三甘醇量，取值60L

以**儲氣庫210×104m3國產天然氣脫水撬為例，分別計算處理量為105萬、210萬時，其所需三甘醇量。

①當天然氣量為105?104m3時，所需三甘醇量為0.7875m3

②當天然氣量為210?104m3時，所需三甘醇量為1.575m3

其三柱塞容積式循環泵，最大循環量是5.0m3/h，泵最大頻率為50HZ，最小頻率為20HZ。容積式循環泵的循環量直接取決于其容積大小和泵的頻率，因此，在理論上20HZ對應的理論流量就是2.0 m3/h，泵的效率為65%～85%，按照80%計算，也可以提供1.6 m3/h，這樣的流量完全可以滿足我們的生產需要。

三甘醇泵的循環量并非越大越好，如果循環量過大，導致三甘醇在重沸器中停留時間太短而未能充分再生，進而導致貧三甘醇濃度不夠高，反而使天然氣的脫水效果下降。三甘醇循環量過大會引起三甘醇發泡，影響降低其吸水性。

2.4三甘醇的性質

三甘醇與天然氣接觸時，天然氣中的酸性組分（H2S、CO2等）進入溶液，導致三甘醇溶液PH值有自然降低的趨勢。裝置運行時三甘醇的PH值應在7.2～8之間。PH低于7時，三甘醇會對設備產生腐蝕，并會加速三甘醇在高溫下的分解。三甘醇變質主要表現為熱降解和氧化、發泡、PH降低、淤渣。引起三甘醇變質的因素很多，主要為無機鹽、重烴、高溫、酸性氣體。

（1）無機鹽含量的影響

天然氣所帶水汽中的無機鹽，在天然氣脫水時進入三甘醇溶液中。三甘醇再生時，無機鹽會滯留在三甘醇中。隨著三甘醇循環次數的增多，無機鹽在三甘醇中的濃度會越來越大。某些無機鹽（CaCl2、NaCl、MgCl2等 ）易與三甘醇發生反應產生結晶醇，影響三甘醇的吸水性能。同時三甘醇中無機鹽較多時，在再生過程中會在重沸器的火管上沉積，逐漸形成鹽垢。這些鹽垢不但會加速設備的腐蝕而且會引起局部的溫度升高導致三甘醇降解。

（2）天然氣中重烴的影響

天然氣所含的重烴，在脫水過程中會進入三甘醇溶液。這些重烴除一部分會隨水蒸氣排出外，其余仍會滯留在三甘醇溶液中，隨著三甘醇循環次數的增多，三甘醇中的重烴含量增大，會引起三甘醇發泡，增大了三甘醇脫水過程中的損失。

（3）溫度的影響

三甘醇再生需要在較高的溫度下進行。但在三甘醇再生過程中由于溫度控制不好，常常造成三甘醇在高溫下分解和在某些雜質的催化下變質。研究發現，在溫度為190℃左右，再生三甘醇的顏色不會發生明顯變化，當溫度達到210℃左右，三甘醇顏色明顯發生變化，顏色加深。高溫加熱的次數越多顏色越深。這說明，溫度對三甘醇的性質存在明顯影響，再生溫度越高影響就越大。

（4）酸性氣體濃度的影響

三甘醇富液中含有的酸性氣體主要包括硫化氫、二氧化碳。這些氣體在富液中含量濃度較大時，會對設備和管道造成較大的腐蝕;同時這些酸性氣體還會與三甘醇發生酯化發應，使三甘醇變質，而且三甘醇溶液的變質速率隨氣體中的H2S含量的升高而增加。三甘醇富液中酸性氣體對設備及管道的腐蝕產物，在三甘醇再生過程中會對三甘醇的變質起到促進作用。

3 結論與建議

在保證不生成水化物的前提下，盡量降低天然氣進塔溫度，溫度控制在20～30℃。根據現場實際氣量及泵的效率合理調控三甘醇循環泵的頻率，不能盲目提高。合理調控重沸器的溫度，不能盲目提高，防止高溫造成三甘醇的熱分解，建議溫度控制在192～200℃;針對引起三甘醇變質的原因，首先還是要加強天然氣過濾系統和三甘醇過濾系統的檢查，及時清洗或更換濾芯，確保過濾系統的良好運行。其次，定期檢測三甘醇PH 值，當溶液PH值降低至7.2時，應向三甘醇溶液中注入堿性物質，以提高溶液的PH值。生產中可以加入一乙醇胺、三乙醇胺、硼砂、疏基苯丙噻唑鈉等弱堿物質來調整三甘醇的PH值。