海上油氣田天然氣TEG 脫水裝置的國(guó)產(chǎn)化研究

曲俊生

（中海石油(中國(guó))有限公司上海分公司，上海 200335）

1 技術(shù)背景

天然氣脫水是海上氣田生產(chǎn)的核心處理任務(wù)，脫水不達(dá)標(biāo)的天然氣在輸送過(guò)程中會(huì)生成水化物，進(jìn)而堵塞海管并發(fā)生腐蝕。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)海洋平臺(tái)天然氣TEG 脫水及再生撬長(zhǎng)期被國(guó)外廠商所壟斷。

天然氣脫水及回收裝置包括預(yù)處理單元、脫水單元、TEG 回收單元、TEG 再生單元，是一個(gè)龐大的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、選型、建造過(guò)程。國(guó)外廠商交貨周期較長(zhǎng)，一般在12 個(gè)月以上，并且服務(wù)人員現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)費(fèi)用昂貴，一般為1900美元/人/天。我國(guó)陸上油氣田天然氣TEG 脫水裝置已逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，并且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)該裝置的整體出口至沙特阿美國(guó)家石油公司，成功打入國(guó)際市場(chǎng)。為了堅(jiān)持“引進(jìn)來(lái)，走出去”的思路，積極落實(shí)關(guān)鍵設(shè)備“國(guó)產(chǎn)化”。中海油有限上海分公司在PH1 項(xiàng)目中，成功實(shí)施了TEG脫水及再生系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化。

2 工藝流程及設(shè)備特點(diǎn)介紹

待處理天然氣首先進(jìn)入預(yù)處理器，截留天然氣中的液滴和固體顆粒，本項(xiàng)目采用立式預(yù)處理器，進(jìn)一步節(jié)省了占地面積。預(yù)處理后的天然氣之后進(jìn)入吸收塔脫水。在吸收塔中，天然氣從塔下部進(jìn)入，脫水的TEG 從塔頂噴淋，氣液在塔中間的填料中接觸傳質(zhì)傳熱。脫水后的天然氣從塔頂流出后與再生的TEG 再次換熱，之后外輸。從塔底流出的吸收水分后的TEG 經(jīng)節(jié)流降壓后進(jìn)入TEG閃蒸罐，將降壓閃蒸出的部分輕烴氣體排出，之后進(jìn)入顆粒濾器和活性炭濾器除去雜質(zhì)，進(jìn)一步換熱后進(jìn)入再生塔脫水，貧TEG 從塔底流出進(jìn)入TEG 緩沖罐，并通過(guò)TEG 增壓泵打回吸收塔,見圖1。

2.1 預(yù)處理器

待處理天然氣首先經(jīng)過(guò)此處理器過(guò)濾掉天然氣中的液滴和固體顆粒，再進(jìn)入吸收塔。設(shè)置預(yù)處理器的目的主要有：

（1）防止TEG 起泡進(jìn)而降低TEG 的吸水性能。

（2）防止TEG 損耗增加。

（3）防止TEG 的循環(huán)量增加較多，且影響塔的吸收效率和增加維修工作量。

過(guò)濾器國(guó)內(nèi)各油氣田一般采用臥式分離器，但其占地面積大，以本套脫水裝置為例，氣量為21.43x104Sm3/h@11.45MPaG，若采用臥式分離器，其撬塊尺寸為L(zhǎng)xWxH=5mx3mx3m。目前隨著濾芯技術(shù)的發(fā)展，聚結(jié)濾芯能夠更高效的去除氣體中所攜帶的游離液滴，且可采用立式安裝，占地面積小。同樣以本套裝置為例，立式過(guò)濾器撬占地僅為L(zhǎng)xWxH=3mx2.5mx4m。更符合海上平臺(tái)對(duì)于裝置緊湊化，立體化的要求。綜上所述本次進(jìn)口采用立式過(guò)濾器。

2.2 吸收塔

濕天然氣在吸收塔中脫出水分變?yōu)楹细裉烊粴狻Ｓ捎诤Ｉ峡臻g有限，吸收塔主要采用填料式。吸收塔的塔徑主要由天然氣流速和空塔氣速來(lái)確定，理論塔板數(shù)和填料形式影響吸收塔的塔高。

因填料對(duì)泡沫有限制和破碎的作用，填料塔更適用于易起泡物系和腐蝕性物系，而PH1 期項(xiàng)目原料氣中含有腐蝕性物質(zhì)CO2，因此，本項(xiàng)目中脫水吸收塔選用填料塔。同時(shí)考慮到海上平臺(tái)對(duì)設(shè)備尺寸及重量的控制，因此吸收塔捕霧裝置采用國(guó)際上先進(jìn)的技術(shù)，安裝該裝置后，吸收塔直徑比安裝普通捕霧裝置的減少200mm，即直徑縮減12.5%，使吸收塔重量減少20%。

2.3 貧/富TEG 換熱器

換熱器可以提高能量利用率，回收貧TEG 的熱量對(duì)富TEG 進(jìn)行預(yù)熱，有利于TEG 在閃蒸罐的輕烴分離并減少塔底重沸器的負(fù)荷。

若HY1 脫水及再生裝置采用管殼式貧/ 富甘醇換熱器，換熱器長(zhǎng)度將達(dá)到6.5m，TEG 再生撬長(zhǎng)度將超過(guò)14m。而采用板式換熱器體積更小，換熱效率更高，可使本項(xiàng)目TEG 再生裝置中貧/富甘醇換熱器的長(zhǎng)度僅為1.1m，最終再生撬總體長(zhǎng)度為8.5m，節(jié)約占地面積27.5m。

2.4 再生塔和塔底重沸器

再生塔和塔底重沸器是TEG 再生系統(tǒng)的主要部件，重沸器主要是熱油加熱或電加熱形式。需要再生的富TEG從中部進(jìn)入，與從塔底上升的氣體接觸進(jìn)行傳質(zhì)傳熱，脫除TEG 中的水蒸氣。

3 國(guó)產(chǎn)化關(guān)鍵技術(shù)

3.1 本脫水裝置設(shè)計(jì)要求高

設(shè)計(jì)處理量為21.43×104Sm3/h， 設(shè)計(jì)露點(diǎn)為-10℃，氣源飽和含水溫度為5℃～60℃之間，設(shè)計(jì)進(jìn)口氣量大，溫度高，天然氣水含量高，脫水裝置脫水負(fù)荷大。本項(xiàng)目采用HYSYS 和PROMAX 軟件模擬，并與其他現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)比修正。最終現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行露點(diǎn)為-24℃，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)-10.2℃要求；三甘醇再生純度98.5%，達(dá)到進(jìn)口設(shè)備處理指標(biāo)（95～98%）。

3.2 本裝置國(guó)產(chǎn)化程度高

整套脫水及再生系統(tǒng)的工藝流程設(shè)計(jì)、容器制造、整體成橇均由國(guó)內(nèi)廠家完成，其中高壓脫水塔、再生設(shè)備、高壓泵等均在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)并成橇。尤其是脫水裝置前后濾器使用聚結(jié)式過(guò)濾器，占地小、效率高。其中脫水塔后置濾器擔(dān)負(fù)三甘醇再回收功能，使得PH1 項(xiàng)目脫水裝置三甘醇損耗量不超過(guò)設(shè)計(jì)水平的一半。

3.3 本脫水裝置上游氣源多，油藏非均質(zhì)性表現(xiàn)典型，工況適應(yīng)要求高

針對(duì)共5 個(gè)井口平臺(tái)來(lái)氣量、組分、溫度等各不相同。優(yōu)化工藝系統(tǒng)，使其能夠根據(jù)氣源變化而調(diào)整處理量。最小處理量為設(shè)計(jì)處理量10%，最大處理量為設(shè)計(jì)處理量的120%，適應(yīng)目前所有工況。同時(shí)，針對(duì)后期開發(fā)氣源的接入，充分考慮了接口的預(yù)留,見圖2。

圖2 TEG 脫水裝置海上安裝調(diào)試

4 結(jié)語(yǔ)

TEG 脫水再生裝置開車調(diào)試后，經(jīng)TEG 脫水后的天然氣水露點(diǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值的-10.5℃，目前運(yùn)行露點(diǎn)可以達(dá)到-24℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)要求。這樣優(yōu)良的運(yùn)行效果在國(guó)際同類產(chǎn)品中也是不多見的（見表1）。

表1 國(guó)內(nèi)海上平臺(tái)現(xiàn)有的典型TEG 脫水及再生系統(tǒng)對(duì)比

PH1 期項(xiàng)目，其21.43×104Sm3/h@11.45MPaG 的天然氣TEG 脫水裝置國(guó)產(chǎn)化后，取得了令人滿意的效果，其設(shè)計(jì)參數(shù)技術(shù)含量高，處理量大、操作壓力高，設(shè)計(jì)難度可覆蓋大多數(shù)海洋平臺(tái)的需要，具備極高的國(guó)產(chǎn)化推廣性，這將有力地推動(dòng)中海油天然氣核心生產(chǎn)處理設(shè)施的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。