天然氣脫水工藝優化分析與研究

＊程小飛

（寧夏哈納斯液化天然氣有限公司 寧夏 750000）

目前，對于天然氣脫水工藝，我國應用最多的是三甘醇法，國際上應用最廣泛的是甘醇法。本文主要對天然氣脫水過程進行分析研究。了解天然氣脫水器的基本工作原理，可以讓找出甘醇消耗量不符合相關設計要求的具體原因，匯集相關知識尋找具體有效的措施來解決問題，并確保滿足相關的項目要求。三甘醇脫水技術成熟可靠、工藝簡單、投資和運行費用低、能耗低，廣泛應用于國內外管道天然氣的干燥過程。本文分析了三甘醇脫水裝置存在的問題，提出優化脫水工藝的措施，有助于天然氣脫水器的安全穩定運行。

1.使用甘醇法進行天然氣脫水的必要性

使用甘醇法進行天然氣脫水是因為三甘醇的低凝固點使其更穩定。常溫下不揮發，毒性低。在使用過程中，不會對人體皮膚或內臟造成傷害，而且是一種可再生資源。三甘醇脫水法是一種物理脫水法。在集氣塔中，三甘醇與天然氣充分接觸，利用三甘醇的親水性，保證三甘醇完全吸收天然氣中的水分，從而顯著降低含水量。此時水分充足的三甘醇變為富甘醇，再將富甘醇在再生系統中加熱，使其失水成為貧甘醇，從而達到資源循環利用的效果[1]。

2.三甘醇脫水工藝及存在的問題

在實際應用中，三甘醇脫水工藝的工藝流程可能因原料氣的質量以及水露點的要求等原因，在細節上有所差異，但整體的主要工藝流程基本上是一致的。主要的工藝流程包括入口分離、氣-甘醇泵吸收和脫水、即時分離過濾、富三甘醇液體再生、貧富換熱、貧液泵循環等工藝。對多家實際運行的三甘醇脫水裝置研究可以發現，在大多數情況下，脫水裝置的工藝運行較為穩定，基本上其水露點要求都可以滿足通過管道輸送天然氣的標準。主要的差異與不同是由于氣源質量的不同以及采出水水質的差別等導致在設計中技術要求不足，部分工藝參數設置不合理，以及設備選擇問題等。以上問題會造成三甘醇脫水裝置在實際運行條件下出現成本上升，脫水效果不穩定以及水露點無法滿足工藝要求等情況。主要存在的問題包括以下幾點：

(1)一些問題導致甘醇起泡劣化

甘醇氣泡劣化這一問題的主要原因是原料氣的質量，或者分離問題。由于在設計過程中，對原料氣的成本分析不足。可能導致在設計之初，即出現原料氣的初始設置與設備選擇出現問題，比如設備質量不過關、設備工藝無法滿足分離要求以及設計參數與實際參數相差過大等，導致了原料氣的分離質量無法達到相關的要求。這會使得原料氣中過量的雜質，比如烴類、鹽類以及其他污染物進入甘醇富液中，造成甘醇氣泡劣化，降低脫水的質量。此外，對于低硫三甘醇脫水裝置，甘醇富液中含有一定量的H2S和CO2，進入閃蒸罐進行熱交換時，如果閃蒸效果不理想。甘醇富液的液體中的H2S和CO2會嚴重腐蝕再生塔及其部件，導致甘醇起泡變質。對于重組分含量較高的脫水裝置，富液中含有凝析油，閃蒸效果不好，會導致甘醇起泡；而三甘醇富液在重沸器中再生時，溫度較高。在一定條件下，大量的碳氫化合物原料氣會進入廢氣，造成環境污染。

(2)盤管換熱器傳熱效果差

目前，很多三甘醇脫水裝置主要利用盤管換熱器進行換熱，此類換熱器雖然設備的投入成本較低，但是其傳熱效果較差，實際的換熱效果不足，會導致無法達到應用的換熱效果，從而在進入再生塔后增加重沸器的熱負荷，這會使得設備的運行成本上升，使得換熱后的溫度過高。

(3)甘醇污染

在實際運行過程中由于分離的效果無法達到要求，會導致大量雜質進入脫水裝置中，脫水后由于溶解度的原因析出無機鹽附著在設備上，從而造成設備結垢，進一步影響設備的脫水效果，降低設備的脫水效率。此外，部分原料氣中含有腐蝕性雜質，如氯離子等，進入脫水工藝后，由于換熱盤管和三甘醇后冷器溫度高，會導致熱盤管和附加三甘醇冷卻器會受到嚴重腐蝕，它們的腐蝕產物會導致三甘醇起泡。

(4)運行時水露點未達到設計值

其一是低三甘醇循環。在正常情況下，我們假設所需的三甘醇循環次數保持不變。如果含水量較低的貧三甘醇的濃度較低，則三甘醇的吸收水能力會減少，那會直接影響天然氣的脫水程度。其次，三甘醇的循環量低于所需量，不能滿足實際需要。三是進入集氣塔的天然氣溫度過低。即使在炎熱的夏季，進入塔內的天然氣溫度也不會超過35℃，正常情況下需要天然氣進口溫度必須低于35℃才能使天然氣出口溫度低于-10℃。通常至少為15℃，這對天然氣干燥器的正常運行沒有幫助，因為它降低了三甘醇溫度，從而降低其吸水能力，并最終導致更高的水露點。

(5)三甘醇消耗量高

使用甘醇法對天然氣進行脫水所消耗的三甘醇量有時遠高于正常的標準。主要原因是采用了天然氣脫水的甘醇法。集氣塔中的三甘醇會起泡，導致集氣塔頂部形成更多的霧和泡沫。這將導致三甘醇使用量的顯著增加，從而導致三甘醇的大量損失。

3.三甘醇脫水裝置工藝流程改進措施

(1)優化工藝設備設計

在進行工藝設計時，采用的分離設備一定要根據原料氣的成本與質量進行合理的設計與調整，以符合原料氣的分離要求。比如當天然氣含有大量重烴時，閃蒸分離器應采用氣、甘醇、液態烴三相分離器。還可以通過改變熱交換順序提高熱交換效果。甘醇富液先進行熱交換再閃蒸的過程可以提高液體的閃蒸溫度。在此過程中，甘醇過濾回路必須有三級過濾，即甘醇富液經過閃蒸后依次經過機械前置過濾器、活性炭過濾器和機械后置過濾器，可以使過濾效果得到顯著提高。

(2)采用高效板式換熱器對貧甘醇貧富液進行熱交換

相比與傳統的管式換熱器，板式換熱器的換熱效果更好。因此，在實際應用中，可采用高效板式換熱器，為甘醇貧液進行熱交換。板式換熱器的結構波紋形狀的金屬片組成，片材之間有很多流動截面，介質通過換熱板換熱。板式換熱器由于其特殊設計，整體傳熱系數高。無需在甘醇泵前設置水冷卻器和水循環。該系統在脫水設計和技術改造中值得推廣應用。

(3)設備材料使用抗腐蝕材料

由于在原料氣中可能含有一些腐蝕性雜質，因此，在制造設備時，采用的設備材料應考慮實際需求合理采用抗腐蝕設備。針對原料氣、工藝水以及甘醇溶液中存在的腐蝕性介質為基礎，與實際運行條件和工藝要求相結合，對設備和管道材料要求，做出正確的選擇。

(4)氣體脫水工藝與甘醇法相結合

在每個集氣站，處理天然氣以去除固體和游離液體，并轉化為富含水分的潮濕天然氣。從塔底向濕天然氣供應三甘醇，使其與三甘醇充分接觸。集氣塔內放置各種填料，增加氣液接觸面積，進一步提高天然氣的脫水效率。脫水的天然氣從集氣塔頂部排出。干燥的天然氣出塔后，通過氣液換熱器與貧三甘醇進行熱交換，從而降低溫度進入塔的耗盡的三甘醇。溫度下降后，干燥的天然氣被分離器分離，最后排放到天然氣外管網。

(5)盡可能提高三甘醇的再生

由于貧三甘醇中的水含量低，它從塔頂進入集氣塔。在這個過程中，濕天然氣在集氣塔底部與貧三甘醇充分接觸后，從濕天然氣中吸收水分，吸收水分后，富三甘醇流出集氣塔。從集氣塔底部進入換熱板進行再加熱，加熱后流出，經過濾裝置完全過濾，達到使用標準。三甘醇充分利用完后，由能量循環泵泵送，最后進入集氣塔再生。

(6)盡可能滿足水露點要求

為保證除濕過程中所有設備的正常穩定運行，安裝檢測儀器，定期測定完全干燥的天然氣出口處的水露點。三甘醇可以在各種操作條件下進行測試，循環次數因具體的水露點要求而異。例如，當進入集氣塔的天然氣溫度低于25℃時，離開天然氣的水露點一般應在-10℃以下。正常情況下，待處理的天然氣體積越小，集氣塔內的操作壓力就越高。進入集氣塔的天然氣溫度越低，天然氣中的水分越少，因此必須縮短三甘醇周期。反之，待處理的天然氣體積越大，進入集氣塔的天然氣越多，天然氣的水分含量越高。因此，有必要增加三甘醇循環。為滿足三甘醇循環的不同要求，可以通過開米爾泵的進出口來手動調節相應的閥門，即調節泵次數和控制用量。

(7)有效提升分布式控制系統的使用

分布式控制系統是一種基于生產活動和計劃管理的干燥設備自動控制系統。利用計算機技術和網絡通訊技術，管理人員可以獲得脫水裝置的各種設備和物料參數。設計完成后，自動控制系統可以為以后的生產奠定良好的基礎，確保生產安全。特別是分析站安裝在脫水裝置外，提供自動控制和無人值守操作。設備和物料的所有參數上傳到相應的上級調度中心，同時接收上級調度中心的控制指令；天然氣廠設有頂層控制中心，部分生產管理人員和操作人員配備了具有聯鎖功能的天然氣廠脫水裝置的過程控制和安全設備。

4.結束語

為簡化脫水工藝，提高脫水裝置效率，降低脫水能耗，本文分析了三甘醇脫水裝置在運行中存在的主要問題，并提出了優化設計方案。根據設備的實際運行情況，分析未達到設計值的原因，相應提高塔的工作壓力，降低進入塔的天然氣溫度；加強吸收塔天然氣進口前的過濾分離，有效抑制三甘醇發泡，合理調整精餾塔頂部的冷卻盤管旁通閥，使塔頂進行灌溉。流速保持在合適的范圍內等。