燃料氣品質對三甘醇加熱爐影響的研究

郭文飛（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300450）

0 引言

三甘醇脫水技術作為天然氣脫水的重要技術之一[1]，在海洋石油工業中得到廣泛的應用，與其強吸水性和易再生的特性有著密不可分的關系。而要實現三甘醇的再生，三甘醇加熱爐起著十分重要的作用[2]，因為三甘醇的再生就是利用了三甘醇和水沸點不同這個性質，因此，作為三甘醇再生系統核心設備的三甘醇加熱爐，其穩定運行對三甘醇的再生將起到決定性作用[3]。

某海上油氣田的三甘醇加熱爐在運行過程中出現了頻繁停爐的現象，儀表人員和生產工藝人員經過全面排查梳理，發現燃料氣品質不合格是主要原因。本文主要通過敘述三甘醇加熱爐頻繁停爐的現象和過程，剖析出是燃料氣品質不合格的原因，并實施合理的燃料氣優化措施，從根本上保證三甘醇加熱爐長期穩定運行、提升三甘醇系統的高效穩定運行和天然氣海管的安全外輸提供重要保證。

1 三甘醇系統及三甘醇加熱爐介紹

1.1 三甘醇系統介紹

某海上油氣田是區域油田群的中心平臺，采用三甘醇再生系統對天然氣的脫水。在三甘醇脫水塔中與天然氣充分交換的富三甘醇首先與三甘醇加熱爐出口的貧三甘醇進行換熱，換然后的富三甘醇進入閃蒸罐，在閃蒸罐中進行液烴的閃蒸和雜質的分離，隨后經過顆粒濾器除去顆粒雜質，再經過活性炭濾器過濾液烴類物質后與三甘醇加熱爐出口的高溫貧三甘醇進行換熱提溫，最后通過三甘醇加熱爐高溫加熱，使富三甘醇由再生變成了貧三甘醇。此時的貧三甘醇再與來路的富三甘醇進行換熱降溫，進入三甘醇緩沖罐，并經三甘醇循環提升泵，再次回注至三甘醇脫水塔中與天然氣充分接觸，吸收水分，經三甘醇脫水后的合格天然氣，向下游外輸。

1.2 三甘醇加熱爐介紹

某海上油氣田三甘醇加熱爐是燃氣型加熱爐，燃料氣氣源來自本油氣田低壓燃料氣系統（如圖1 所示綠色管線），來自三甘醇脫水塔脫水合格后的天然氣經調節閥節流降壓后，進入低壓燃料氣加熱器。經加熱提溫后的低壓燃料氣，先進入三甘醇加熱爐內部與爐膛內的熱的三甘醇進行換熱，提升溫度。燃料氣進入加熱爐前，分點火路和主燃料氣兩路流程。在加熱爐啟動時，首先是點火步驟，在點火路成功后，點火路流程會自動關閉，隨之自動切換為主燃料氣路流程，并按照預先設定好的燃料氣與空氣的最優比例結合，實現持續高效燃燒產生熱能。

圖1 燃料氣流程優化改造方案簡圖

燃料氣燃燒產生的熱能是通過加熱爐內部盤管對三甘醇加熱爐腔內部的三甘醇進行加熱再生的，貧三甘醇在加熱爐內被加熱后，其出口溫度一般控制在190 ℃左右，這樣的溫度能保證復貧三甘醇中的含水低于1%。

2 三甘醇加熱爐頻繁停爐分析

2.1 三甘醇加熱爐現狀

三甘醇加熱爐頻繁停爐主要表現為：（1） 三甘醇加熱爐故障停爐頻繁，達到每周2 次；（2）每次停爐后便很難成功啟爐，現場復位后，自動啟爐成功率不到10%；（3）三甘醇加熱爐停爐期間，給現場人員增加了大量的工作量。首先，儀表人員需對三甘醇加熱爐空氣和燃料氣比例頻繁調整；其次，停爐后的三甘醇系統處于停用狀態，天然氣中水分和液烴雜質無法及時清除，生產工藝人員需進行三甘醇脫水塔內部液烴收油操作，由于液烴和三甘醇形成在混合界面不容易區分，因此收油操作會造成大量的三甘醇浪費，嚴重時不得不對三甘醇系統進行全面停運清洗；（4）因三甘醇加熱爐無法穩定運行，導致天然氣外輸露點明顯升高，海管凍堵風險不斷增加，對天然氣海管的安全外輸造成了嚴重影響。此時油氣田不得不向天然氣海管注入大量的乙二醇及甲醇藥劑，導致藥劑費用明顯增多，具體數值如表1 所示。

表1 三甘醇加熱爐頻繁啟停現狀調查統計表

由表1 所示的數值可以得知，三甘醇頻繁給油氣田的經濟效益帶來不小的影響，僅僅算三甘醇、甲醇及乙二醇的損耗就高達16 萬元/ 年。如果三甘醇加熱爐的頻繁停爐的問題不能得到解決，導致天然氣脫水效果差，對天然氣管輸的影響則成指數升級，給油氣田安全生產帶來巨大威脅。

2.2 三甘醇加熱爐頻繁停爐原因分析

油氣田三甘醇加熱爐頻繁停爐的主要表象是，停爐后無法通過正常的復位操作實現自動啟爐。根據歷年生產總結，油氣田儀控專業和生產專業人員針對可能存在的原因：比如空氣濾器、燃料氣調節閥、加熱爐空燃比、加熱爐點火器、燃料氣溫度、燃料氣品質等等進行逐個排查，最后確定燃料氣品質不合格造是主要原因，其不合格也使得三甘醇加熱爐內的溫度使燃料氣內部雜質油泥出現結焦現象。

3 提高三甘醇加熱爐燃料氣品質

3.1 三甘醇加熱爐燃料氣流程改造分析

在確定主要原因后，提升三甘醇燃料氣品質成為解決三甘醇加熱爐頻繁停爐問題的關鍵。經過分析對比發現，同樣是三甘醇脫水塔出口燃料氣，該油氣田透平發電機的燃料氣就沒有出現像三甘醇加熱爐這樣的問題，原因是透平燃料氣經過了高壓燃料氣路燃料氣洗滌器、聚結濾器等進一步處理，與低壓燃料氣的流程有著明顯區別。基于以上分析，現場決定以此對三甘醇加熱爐的燃料氣流程進行優化改造。

3.2 三甘醇加熱爐燃料氣流程改造設計

如圖1 所示，將三甘醇加熱爐燃料氣流程進行優化改造，將原來從低壓燃料氣加熱器H-3102 出口，改為由透平高壓燃料器H-3101 路引出。改造的原因是就是高壓燃料氣來同樣是經三甘醇脫水系統脫水后的干氣，且該流程中有高壓燃料氣洗滌器V-3101、聚結濾器H-3103 對燃料氣積液和雜質進行進一步分離和去除，因此將加熱爐燃料氣改為透平發電機用氣，能夠極大程度改善三甘醇加熱爐燃料氣的品質，同時將原來燃料氣進三甘醇加熱爐爐膛內部加熱的流程改造，不再進入加熱爐，而是從外部進入三甘醇加熱爐，降低了燃料氣的溫度，避免了積液、雜質、結焦等情況的發生。

4 提升三甘醇品質效果分析

三甘醇加熱爐燃料氣流程經過優化改造以后，效果十分明顯，解決了因三甘醇加熱爐頻繁停爐造成的一系列問題。

4.1 燃料氣品質提升

提高三甘醇加熱爐運行穩定性的關鍵是提升燃料氣的品質，流程改造前，氣源來自低壓燃料氣，僅經過低壓燃料氣加熱器H-3102 加熱后，便進入三甘醇加熱爐爐內，受到三甘醇加熱爐內近200 度高溫的加熱，但改造后，氣源來自透平高壓燃料氣系統，經過了高壓燃料氣洗滌器V-3101 的除液，又經過了聚結濾器H-3103 的再次過濾除液除雜質，再經高壓燃料氣加熱器加熱后，且不再進入高溫加熱爐內，溫度降幅超過50 ℃，因此燃料氣的品質得到了極大改善。

4.2 三甘醇加熱爐穩定性提高

在該流程改造并投用以后，三甘醇加熱爐頻繁停爐情況明顯好轉，停爐情況不再出現，三甘醇加熱爐的運行穩定性得到極大增強。

在流程改造前，三甘醇加熱爐每次停爐后，現場復位后能夠成功自動啟爐的成功率10%，基本上每次都需要儀表專業對燃料氣流程進行排放，空燃比例重新調節等，極大增加了現場的工作量，即便如此，三甘醇加熱爐仍然是頻繁停爐。但燃料氣優化流程改為經透平燃料氣流程后，三甘醇加熱爐因燃料氣造成的停爐情況不再發生，且現場對加熱爐進行了反復啟停測試，每次現場復位后，自動啟爐成功率100%，從根本上解決了三甘醇加熱爐頻繁停爐的問題，全面提升了其運行的穩定性。

4.3 三甘醇系統收油消耗量大幅減少

流程改造前，每個月因爐子頻繁停爐造成的損耗多達200 L 左右，但流程改造并投用以后，三甘醇收油損耗也不復存在，保證了三甘醇系統長期穩定運行，大大縮短了三甘醇系統全面清洗的周期。按照改造前每周停爐兩次計算，每年可以節省三甘醇消耗2 400 L，節省費用預計8 萬元人民幣。

4.4 乙二醇及甲醇費用明顯降低

在加熱爐頻繁停爐無法正常啟爐期間，三甘醇系統運行效果受到嚴重影響，為了降低海管凍堵風險，就需要加大乙二醇的注入量，注入量較正常需要提升50%，同時為了應對海管凍堵的極端情況，在海管下游乙二醇濃度低于50% 時，就需要向海管內注入甲醇，尤其是甲醇無法回收，因此化學藥劑費用明顯增加。在燃料氣流程改造后，三甘醇加熱爐運行長期穩定，三甘醇脫水系統效果得以保證，海管凍堵風險大大降低，甲醇及乙二醇的用量也大幅減少，據不完全統計，在加熱爐正常運行后，預計可以節省甲醇2 000 L，乙二醇10 000 L，費用達8 萬元人民幣。

5 結語

（1）通過三甘醇加熱爐頻繁停爐原因分析，發現燃料氣品質不合格將嚴重影響三甘醇加熱爐的穩定運行。

（2）對三甘醇加熱爐燃料氣流程優化后，燃料氣品質明顯提升，三甘醇故障停爐問題得到根本性解決。

（3）三甘醇消耗量大幅減少，每年可節省大量三甘醇費用，同時天然氣露點得以穩定控制。三甘醇加熱爐頻繁停爐問題的解決為平臺天然氣安全生產提供了保障，同時提高了平臺經濟效益。