某氣田三甘醇損耗量優(yōu)化研究與解堵清污創(chuàng)新實踐

陶學偉

（中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200335）

1 研究背景

某氣田采用三甘醇溶劑吸收法對天然氣進行脫水，設(shè)有兩套單獨的天然氣脫水系統(tǒng)和相應(yīng)的三甘醇再生系統(tǒng)，天然氣設(shè)計處理能力為500 萬m3/d。投產(chǎn)初期，天然氣脫水系統(tǒng)三甘醇損耗量較高，極大增加生產(chǎn)成本；臺風關(guān)斷后平臺黑啟動，甘醇系統(tǒng)投用后發(fā)生堵塞故障。

通過對氣田天然氣脫水及三甘醇再生工藝流程進行技術(shù)分析，根據(jù)現(xiàn)場實際生產(chǎn)工況，利用創(chuàng)新思路，實現(xiàn)以下兩個目標：

1）通過優(yōu)化再沸爐工藝參數(shù)，減小溫度波動范圍以及對循環(huán)泵出口流程實施改造，輔助調(diào)節(jié)循環(huán)泵排量兩種方法來減少三甘醇損耗量；

2）實施加熱熔化排烴替代傳統(tǒng)開罐清污創(chuàng)新實踐，完成流程解堵和循環(huán)排烴工作，恢復設(shè)備可用狀態(tài)。

2 損耗量優(yōu)化研究

2.1 優(yōu)化再沸爐溫度參數(shù)

2.1.1 再沸器溫度參數(shù)優(yōu)化方法

再沸器溫度是保證三甘醇再生的關(guān)鍵參數(shù)[1]，溫度過高三甘醇分解，溫度過低三甘醇再生效果差。

優(yōu)化前再沸器操作溫度在185～210 ℃之間波動，該波動范圍較大，溫度無法控制在±5 ℃。分析溫度不穩(wěn)定的主要因素是加熱爐熱油溫控閥TV-4810的PID 參數(shù)設(shè)置不合理，PID 數(shù)學表達式為式（1）：

式中：KP為比例度，TI為積分時間，TD為微分時間，合理選擇KP、TI、TD三個參數(shù)，使再沸器實際溫度接近優(yōu)化后操作溫度，才能控制好再生效果及減少甘醇損失。現(xiàn)場組織開展溫度優(yōu)化措施步驟如下：

第一步：檢查調(diào)節(jié)閥是否故障，現(xiàn)場進行調(diào)節(jié)閥的行程測試，結(jié)果測試正常說明調(diào)節(jié)閥沒有問題。

第二步：進行PID 的調(diào)節(jié)，緩慢調(diào)節(jié)KP、TI、TD三個參數(shù)使再溫度接近優(yōu)化溫度；

第三步：在滿足脫水效果的前提下，應(yīng)盡量降低三甘醇再沸器溫度設(shè)點，經(jīng)過現(xiàn)場反復摸索試驗，將再沸器的溫波動范圍由185～210 ℃優(yōu)化調(diào)整為192～196 ℃。

2.1.2 參數(shù)優(yōu)化前后溫度對比

宋代嚴羽在《滄浪詩話》中說：“詩有別趣，非關(guān)理也。”從心理學角度講，人的情感達到一定強度，理性的認識和判斷便會減弱。當情感進一步加強，達到臨界點時，人便進入一種物我融合、主客一體、亦真亦幻、不辨真假、美丑不分的心理狀態(tài)。這大概就是“無理”產(chǎn)生的心理原因。“反常”是詩的魅力所在，“合道”是一種理解方式，而不同的讀者會根據(jù)自身的經(jīng)驗閱歷，產(chǎn)生獨特的審美感受，盡管“道”不盡相同，“合道”卻是公認的。

由再沸爐溫度變化曲線（圖1）可知，自2020 年3 月1 日對再沸爐溫控閥TV-4810 PID 參數(shù)調(diào)節(jié)后，再沸爐溫度波動范圍明顯減小，溫度波動范圍控制在±4 ℃，經(jīng)驗證該溫度滿足脫水效果。

圖1 再沸爐溫度變化曲線圖

2.2 循環(huán)泵出口回流管線改造

2.2.1 回流管線改造方法

通過對循環(huán)泵出口回流管線進行改造，在循環(huán)泵出口增加一條回流管線，可達到降低三甘醇循環(huán)量的目的。經(jīng)過對三甘醇循環(huán)泵的實際排量進行計量，發(fā)現(xiàn)泵的排量偏大，最大循環(huán)量可達7 m3，即使在回流截止閥全開的情況下，泵的實際最低循環(huán)量仍然可達4 m3/h，遠大于設(shè)計循環(huán)量2.2 m3/h，而流量計是經(jīng)過標定和檢測的，流量計不存在偏差，說明泵的選型有問題，泵的排量跟回流量是不匹配的。因此提出在循環(huán)泵出口增加回流管線，通過回流管線上針閥與截止閥對循環(huán)量進行輔助調(diào)節(jié)，使循環(huán)量達到2.2 m3/h以下。

2.2.2 改造前后循環(huán)量對比

自2020 年3 月22 日對循環(huán)泵出口回流管線進行改造后，甘醇循環(huán)量明顯變小，循環(huán)量控制在2 m3/h上下，經(jīng)驗證該循環(huán)量滿足脫水效果，通過試驗，該改造方法可有效調(diào)節(jié)三甘醇循環(huán)量，使甘醇循環(huán)量問題得以解決。

3 措施前后甘醇損耗量比對

3.1 措施前損耗量

三甘醇再生系統(tǒng)調(diào)試完成后，在廠家給定的參數(shù)下試運行一個月，得出甘醇損耗如下，見表1。

表1 投產(chǎn)初期三甘醇損耗量統(tǒng)計

如表1 所示，平臺投產(chǎn)運行第一個月的三甘醇損耗量達到3 600 L。第一個月的天然氣處理量為4 497 萬m3。第一個月的三甘醇綜合損耗量為3 600/44.97=80.1 L/106m3。而根據(jù)廠家提供的技術(shù)數(shù)據(jù)，三甘醇的損耗量應(yīng)小于13 L/106m3。

3.2 措施后損耗量

對上述提到再沸器溫度及甘醇循環(huán)量優(yōu)化調(diào)整后，平穩(wěn)運行一個季度，得出甘醇損耗見表2。

表2 參數(shù)優(yōu)化后平臺三甘醇損耗量統(tǒng)計

如表2 所示，該季度累計添加三甘醇1 200 L，該季度的天然氣處理量為13 512 萬m3。該季度的三甘醇綜合損耗量為1 200/135.12=8.88L/106m3，低于推薦的三甘醇損耗量，甘醇損耗量降至投產(chǎn)初期的11%，降損效果明顯，極大降低了平臺的生產(chǎn)操作成本。

4 解堵清污創(chuàng)新實踐

4.1 堵塞現(xiàn)象

臺風關(guān)斷后平臺黑啟動，流程恢復后投用再生A列，啟動甘醇循環(huán)泵建立循環(huán)。啟泵半小時后，中控人員發(fā)現(xiàn)：再沸器液位持續(xù)上漲，甘醇緩沖罐液位持續(xù)下降，再生A 列甘醇不能建立正常的循環(huán)。現(xiàn)場隨即停泵，停泵后發(fā)現(xiàn)再沸器液位又逐步下降，緩沖罐液位緩慢上漲。現(xiàn)場人員立即查找問題，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場流程暢通，泵回流開度固定未變，調(diào)節(jié)閥也無問題。現(xiàn)場人員對再沸器下游管線及換熱器排放口取樣發(fā)現(xiàn)甘醇清澈無異常，調(diào)大泵出口回流量仍然無法解決問題，再沸器液位仍然持續(xù)上漲。隨后現(xiàn)場拆解管線發(fā)現(xiàn)較多瀝青狀物質(zhì)，貧富甘醇換熱器及前后管線全部堵塞，反向注水、注氣均無法使堵塞物松動；取樣檢驗該物質(zhì)高溫可熔，未充分攪拌與油水均不互溶。

4.2 堵塞物成分分析

針對此種堵塞物，利用平臺實驗室條件進行初步化驗和比對分析。

1）外觀及性狀：取堵塞物樣品，在室溫下為軟膠狀固體形態(tài)。目測呈黑色，仔細辨別，可發(fā)現(xiàn)有灰白色、半透明蠟狀色澤，手觸有滑膩感。用溫箱進行不同溫度下熔化試驗，判斷熔點（傾點）約46 ℃，在高于46 ℃環(huán)境呈液態(tài)；

2）互溶性試驗：分別用淡水、三甘醇、柴油、原油、四氯化碳、石油醚等溶劑進行互溶實驗，發(fā)現(xiàn)該物質(zhì)不溶于水溶于油，屬油溶性：

3）加熱沸騰試驗：將少量樣品放入燒瓶進行加熱試驗。樣品加熱半小時后，溫度達到180 ℃，燒瓶內(nèi)熔化的物質(zhì)未見有顏色、性狀的變化。將溫度提高至190 ℃加熱30 min，瓶內(nèi)液體仍無明顯變化。后分別加熱至200 ℃、220 ℃，樣品無沸騰、無結(jié)焦現(xiàn)象。

從化驗結(jié)果可以判斷：該堵塞物不溶于水溶于油，屬油溶性，熔點為40 ℃，高溫下不揮發(fā)，因此化驗判斷其為蠟質(zhì)重烴。

4.3 堵塞原因分析

1）當脫水塔A/B 列切換及關(guān)斷再啟動時，造成入口過濾分離器液位控制不穩(wěn)定，導致天然氣中烴類物質(zhì)進入脫水塔[2]，烴類物質(zhì)經(jīng)過脫水塔進入三甘醇再生系統(tǒng)，三甘醇系統(tǒng)偶爾會出現(xiàn)液位上漲情況；

2）再生A 列閃蒸罐油槽存在設(shè)計缺陷，罐體液位高度設(shè)點為600 mm，而油槽堰板高度在700 mm 左右。閃蒸罐液位設(shè)點為350 mm，通過摸索發(fā)現(xiàn)液位在600 mm 以內(nèi)，撇油槽液位控制閥LV-4801 保持關(guān)閉狀態(tài)，閃蒸罐根本沒有撇烴效果，如果液位過高又會導致甘醇進入油槽；

3）當烴類進入再沸爐后被加熱到近200 ℃，閃蒸后不再氣化的烴類重組分（蠟質(zhì)和瀝青質(zhì)）殘留在再沸爐內(nèi)聚集，積少成多，然后通過再沸爐流到下游換熱器，停產(chǎn)后溫度恢復到環(huán)境溫度，重烴在換熱器內(nèi)凝固進而導致流程循環(huán)不暢。

4.4 創(chuàng)新解堵方法

確認堵塞物性質(zhì)后，現(xiàn)場分析判定整個再生系統(tǒng)及脫水塔內(nèi)部均有重烴固化積聚的情況[3]，常規(guī)做法開罐清污工程難度大、成本費用高。在分析討論后，現(xiàn)場制定了以熱水為媒，向再沸器中加注淡水，利用再沸器加熱爐對淡水進行加熱，給系統(tǒng)建立熱水系統(tǒng)循環(huán)，利用熱水的高溫融化回收各罐內(nèi)已存在的固態(tài)重烴的方案。作業(yè)期間現(xiàn)場實現(xiàn)各容器重烴融化回收600 L，回收利用罐內(nèi)殘留三甘醇1 000 L，以近乎為零的成本投入，高效完成系統(tǒng)清污工作。

5 結(jié)語

三甘醇脫水及再生系統(tǒng)是天然氣處理工藝的核心，降低三甘醇的損耗量，可以大幅減少氣田生產(chǎn)成本節(jié)約；采取創(chuàng)新解堵方法，以零成本的投入迅速、高效地完成解堵，可在最短的時間內(nèi)恢復系統(tǒng)平穩(wěn)運行。該項目的成功實施，既創(chuàng)利增效又可以高效完成故障處理，為海上設(shè)施類似問題的解決提供了科學的思路參考，具有極大的推廣和借鑒意義。