渤海某海上平臺三甘醇尾氣處理系統優化

王鑫

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300459）

目前，海上平臺普遍采用的天然氣凈化工藝為三甘醇脫水工藝。三甘醇具有吸水能力很強，在天然氣中的溶解度低，而且沸點較高、再生容易等優點得到廣泛引用。三甘醇再生階段常引入汽提氣提高再生效果，降低貧液含水，提高脫水效率，降低干氣水露點。但是汽提法會產生再生尾氣，且伴隨甘醇損失、污染環境等問題。

三甘醇再生尾氣若直接排至大氣中，會污染環境、設備，使生產區產生異味，影響作業安全和員工的身心健康。因此需要經過充分處理后進行排放。

1 尾氣處理系統的現狀

三甘醇再生系統的尾氣主要成分為天然氣和水蒸氣，經過簡單的尾氣處理后，通過冷放空排至大氣中，而且其中還含有一定量的烴類等化合物。三甘醇再生系統投產后，放空頭出口放空氣冷凝形成大量液滴，對設備及海洋環境造成污染，對平臺的設備安全和人員安全造成了威脅。這些現狀表明三甘醇再生尾氣處理效果很差（見表1）。

表1 尾氣處理系統效果不佳的現象與風險分析表

針對這些問題，需要通過一系列技術改進措施，對整個尾氣流程進行優化，達到防治污染、保護設備及人員的目標。

2 尾氣處理的流程

目前的平臺使用的三甘醇再生系統尾氣處理系統比較簡單，再生尾氣由再生塔流經出口管線，到達U型分離器進行快速分液后，液體進入開排系統，氣體經過冷放空頭排至大氣中（見圖1）。

圖1 冷放空流程簡要示意圖

由于在U型分離中接觸時間過短，很難做到充分分液，因此導致放空頭處長期滴液。

2.1 工藝參數的調整

目前平臺用于三甘醇再生的汽提氣為燃料氣，現測試干氣做汽提氣的脫水再生系統運行情況。通過HYSYS模擬干氣與燃料氣做汽提氣的運行狀況，干氣再生的貧液濃度略高于燃料氣。模擬后我們進行現場設備測試，通過對比干氣及燃料氣做汽提氣過程中的設備參數及設備能力可以得出以下幾條結論：1)使用干氣作為汽提氣氣源時，冷凝液中雜質較少；2)使用干氣作為汽提氣氣源時，冷凝液烴類及輕質油較少；3)使用干氣作為汽提氣氣源時，相同條件下再生的貧液濃度略高于燃料氣，再生效率及脫水效率略高，與模擬結果基本一致。

根據上述結論，將采用干氣作為再生汽提氣。

2.2 重新確定三甘醇運行的最佳汽提氣流量

在三甘醇再生系統運行一段時間之后，設備的工況及流程的工況發生變化，因此，設備出廠的推薦參數可能不再適用，因此需要進行重新校訂調整。

通過HYSYS對廠家提供的曲線進行分析，計算出設備特性參數，結合現在的運行參數進行校對。對比發現設備推薦參數無法滿足目前運行工況，且設備特性參數特性參數發生變化，因此需要重新測試后確定。

在測試的過程中，對尾氣處理系統的狀況進行了系統的分析：1)汽提氣流量越大，尾氣處理效果越差；2)當汽提氣量過大，會導致三甘醇損失量增加；3)汽提氣流量增加，三甘醇再生的貧甘醇含水明顯降低；4)汽提氣量在最優范圍內應該控制最小；5)在目前日處理量為40萬Sm3，通過曲線分析，三甘醇再生系統汽提氣瞬時最優值為12Sm3/h（見圖2）。

圖2 汽提氣流量對冷凝液量的影響關系圖

2.3 流程改造

2.3.1 增加尾氣冷卻器

由于三甘醇再生尾氣溫度較高，管線保溫較好，在尾氣處理及放空的過程中無法完成冷卻降溫，造成尾氣外排后大量冷凝，形成污染。

在U型分離器處設計增加一個冷卻裝置，對尾氣進行降溫，增加氣液分離效率。平臺空間有限，難以增加新的設備撬塊，因此利用原有管線改造為空氣冷卻器，利用HTRI衡算熱量后，根據冷卻負荷進行設計安裝。

2.3.2 增加集液器

尾氣系統流程較短，流速較快，一旦工況變化依然存在尾氣處理不充分的可能。為了杜絕這一類情況出現，通過在冷放空口安裝集液槽回收此處的冷凝水和輕烴，做到最大程度的防止尾氣污染。

2.4 技術手段效果評價

在三甘醇脫水再生系統負荷保持穩定，在其他運行參數保持穩定的情況下，保持40萬Sm3的處理工況，對于不同技術手段的實施前后的尾氣處理系統回收冷凝液量進行了統計和對比（見表2）。

表2 改造方案與冷凝液變化匯總表

增加尾氣冷卻器、增加集液槽效果明顯，但是施工較復雜。參數調整對尾氣中冷凝液回收影響提升較小，但是幾乎不增加其他成本。因此，這四種技術手段全部采納。

實施后，尾氣處理系統每日回收冷凝液量為282.5L，尾氣處理效率提升89.6%。

3 尾氣處理效果評價

三甘醇再生系統尾氣處理中主要為天然氣和水蒸氣，水蒸氣為回收物質，因此將水蒸氣回收率作為評價尾氣處理效果的指標。

根據物質分子守恒定律可知水分子的物理形態變化圖（見圖3）。

圖3 水分子的物理形態變化圖

因此，天然氣中脫去的水就是冷凝液的最大值：

V冷凝液MAX=每天天然氣中脫水的體積。

根據物質量守恒定律計算：

最大值計算表

公式1：天然氣中脫去的水蒸汽的體積：

注：V——天然氣中脫去的水蒸氣的體積；Q——三甘醇系統天然氣處理量Sm3/D；A進——脫水塔入口的天然氣含水（1042ppm）；A出——脫水塔出口的天然氣含水（72ppm）。

公式2：天然氣中脫去的液態水的體積：

注：V冷凝液MAX——冷凝液的最大值；Vmol水——水摩爾體積（22.4L/mol）；M——水摩爾質量（18g/mol）；ρ——水的質量密度（1mL/g）；

結果計算：V冷凝液MAX=291L；

尾氣系統冷凝液回收率=282.5÷V冷凝液MAX=97.1%

4 能耗控制

由于尾氣系統需要對再生尾氣進行降溫，因此對整個尾氣處理流程進行重新分析后，對現場設備及管線伴熱進行調整，每年節電4320kWh。

5 總結

經過本次優化，尾氣處理系統的運行效果得到了很大的提升。在此次優化分析的過程中，我們可以得到以下幾條結論：1）對汽提氣種類和流量進行分析和優化對尾氣處理系統回收的冷凝液量提升并不明顯；2）對流程進行改造后，相同負荷情況下，其他參數保持穩定工況下，尾氣處理系統回收的冷凝液量提升非常明顯；3）同時采用改造手段和調整參數手段后，三甘醇尾氣處理系統處理效率提高了89.6%，尾氣處理效果得到了極大的提升；4）通過物質衡算，尾氣系統冷凝液回收率達到97.1%，三甘醇脫水塔脫出的游離水在尾氣處理系統基本全部回收。5）通過對設備及管線伴熱調整，每年節電4320kWh，提升尾氣系統處理效率的同時，降低了設備能耗，節約了能源。