譚建華 陳青海 李 靜 王書(shū)國(guó) 張效東

（中國(guó)石油塔里木油田公司天然氣事業(yè)部）

迪那2凝析氣田天然氣處理采用J－T閥＋乙二醇抑制劑低溫冷凍分離工藝，J－T閥制冷溫度和低溫分離器分離效果直接決定外輸氣品質(zhì)和液化氣、輕烴產(chǎn)量。迪那投產(chǎn)以后進(jìn)站溫度由設(shè)計(jì)的45℃升至65℃，導(dǎo)致低溫分離器頻繁發(fā)生凍堵，外輸天然氣烴水露點(diǎn)在0℃以上，裝置乙二醇損耗加劇，液化氣、輕烴產(chǎn)量大幅度下降，必須盡快解決這一問(wèn)題。水合物是造成裝置凍堵的主要原因，可以通過(guò)查圖法、模型計(jì)算來(lái)計(jì)算天然氣水合物的形成溫度［1］。目前，各油氣處理現(xiàn)場(chǎng)一般憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，而HYSYS軟件可以實(shí)現(xiàn)石油化工各單元過(guò)程的模擬計(jì)算，為參數(shù)優(yōu)化和技術(shù)改造提供理論計(jì)算依據(jù)［2］。本文利用HYSYS軟件建立迪那2氣田脫水裝置模型，通過(guò)HYSYS水合物形成溫度預(yù)測(cè)等功能，分析裝置發(fā)生凍堵的原因，對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并提出切實(shí)可行的改造建議，以期徹底解決迪那進(jìn)站溫度超高對(duì)裝置處理量限制的問(wèn)題，并探索建立針對(duì)高壓凝析氣的標(biāo)準(zhǔn)處理工藝。

1 凍堵原因分析

1.1 建立模型

首先建立脫水裝置HYSYS模型，如圖1所示。凝析氣經(jīng)段塞流捕集器初步分離后，氣相去氣液分離器、空冷器、加注乙二醇、預(yù)冷、J－T閥節(jié)流制冷進(jìn)入低溫分離器（LT separator），進(jìn)一步回收冷量之后外輸，利用balance模塊計(jì)算外輸氣水露點(diǎn)。

1.2 原料氣飽和水含量變化

為分析不同進(jìn)站溫度下原料氣含水變化，在進(jìn)廠凝析氣中添加過(guò)量水，改變進(jìn)廠氣及水溫度，原料氣（物料2）水含量即為對(duì)應(yīng)溫度下飽和水含量，采用這一方法模擬計(jì)算天然氣飽和水含量與常規(guī)的插圖法數(shù)據(jù)基本一致［3］，但數(shù)據(jù)更為精確。圖2是不同進(jìn)站溫度下原料氣飽和水含量變化曲線，可以看出隨著進(jìn)站溫度升高，原料氣中飽和水含量急劇增加，65℃時(shí)為45℃時(shí)的兩倍多。值得注意的是，現(xiàn)有氣液分離器液相流量為零，無(wú)法將飽和水進(jìn)行有效分離。

1.3 水合物形成溫度的模擬

通過(guò)模擬計(jì)算可以得到低溫分離器水合物形成溫度與原料氣進(jìn)站溫度、處理量及乙二醇加注量關(guān)系，分別如圖3、4、5所示。由圖3～圖5可以看出，隨著進(jìn)站溫度升高，低溫分離器水合物形成溫度顯著升高，45℃時(shí)為－21℃，而65℃時(shí)為－10.8℃。按照油氣集輸規(guī)范要求，油氣集輸溫度必須比水合物形成溫度高3℃以上［4］，為避免發(fā)生凍堵，必須適當(dāng)降低處理量、提高乙二醇加注量或者J－T閥制冷溫度，從而使液烴產(chǎn)量受到影響。

表1 不同進(jìn)站溫度下的模擬計(jì)算結(jié)果Table 1 Simulation results of different feed gas temperature

表1列出了不同工況下的模擬計(jì)算結(jié)果，65℃時(shí)要達(dá)到設(shè)計(jì)制冷溫度－20℃所需的乙二醇加注量為3 216kg／h，而設(shè)計(jì)乙二醇加注泵排量為1 304 L／h，最大排量80%，無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)制冷溫度－20℃的要求，按照設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行必然發(fā)生凍堵。

2 運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化

從前面計(jì)算結(jié)果可以看出，在現(xiàn)有操作條件下，為避免裝置發(fā)生凍堵，必須適當(dāng)降低處理量、提高乙二醇加注量或制冷溫度。HYSYS軟件添加ADJ調(diào)節(jié)模塊可以自動(dòng)計(jì)算裝置處理量、乙二醇加注量和適宜制冷溫度，并進(jìn)行實(shí)時(shí)參數(shù)優(yōu)化。通過(guò)大量模擬計(jì)算并與實(shí)際對(duì)比，制定了裝置適宜操作參數(shù)表，確定了進(jìn)站溫度、處理量、乙二醇加注量和J－T閥制冷溫度最佳匹配關(guān)系，如表2所示。實(shí)施后裝置再未發(fā)生凍堵，裝置總處理量提高至900×104m3／d。

表2 不同工況下的裝置適宜操作參數(shù)Table 2 Appropriate operation parameters under different conditions

3 分水器技術(shù)改造

3.1 分水器改造的提出

現(xiàn)有設(shè)計(jì)工藝中，段塞流捕集器后端設(shè)置氣液分離器，凝析氣先經(jīng)段塞流捕集器初步分離，然后進(jìn)入氣液分離器再一次分離，主要目的是防止原料氣中含蠟造成空冷器管束堵塞，影響換熱效率。但對(duì)凝析氣來(lái)說(shuō)，根據(jù)相似相溶原理，經(jīng)初步分離后，蠟主要存在于凝析油中，原料氣基本不含蠟，且含水全部為飽和水，在不發(fā)生溫降情況下，氣液分離器無(wú)法將其分離，這點(diǎn)從HYSYS模擬計(jì)算時(shí)氣液分離器液相出口流量一直為零，以及實(shí)際運(yùn)行氣液分離器液位一直沒(méi)有發(fā)生任何變化均可以得到驗(yàn)證，氣液分離器沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期分離效果。

為徹底解決進(jìn)站溫度超高對(duì)裝置處理量限制問(wèn)題，必須在原料氣進(jìn)脫水脫烴裝置前將其飽和水含量降低至設(shè)計(jì)值，綜合考慮各種因素，提出了在空冷器后新增分水器的建議并進(jìn)行了模擬計(jì)算。

3.2 分水器改造的模擬計(jì)算

空冷器后新增分水器的改造模型如圖6所示，模擬計(jì)算結(jié)果列于表3中。從計(jì)算結(jié)果可以看出，空冷器新增分水器可以將天然氣含水有效分離，確保脫水脫烴裝置按照設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行。

表3 空冷器后新增分水器模擬計(jì)算結(jié)果Table 3 Simulation results of installed water separator after air cooler

4 效果評(píng)估

4.1 徹底解決迪那2氣田進(jìn)站溫度超設(shè)計(jì)問(wèn)題

表4列出了不同階段裝置運(yùn)行參數(shù)對(duì)比，可以看出分水器改造后，脫水脫烴裝置達(dá)到400×104m3／d、－20℃的設(shè)計(jì)參數(shù)，徹底解決了迪那2凝析氣田進(jìn)站溫度超高對(duì)處理量限制問(wèn)題，氣田達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能，并且通過(guò)參數(shù)優(yōu)化，提高了液化氣和輕烴產(chǎn)量，降低了乙二醇損耗，2010年迪那2增產(chǎn)液化氣7 000t，輕烴9 000t，折合消耗乙二醇0.15kg／104m3氣，低于設(shè)計(jì)的0.25kg／104m3氣。

表4 不同階段裝置運(yùn)行參數(shù)對(duì)比Table 4 Comparison of operation parameters at different stages

4.2 建立高壓凝析氣標(biāo)準(zhǔn)氣處理工藝

通過(guò)迪那2氣田天然氣處理工藝的優(yōu)化，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提出了適應(yīng)性更強(qiáng)的高壓凝析氣標(biāo)準(zhǔn)氣處理工藝，如圖7所示。高壓凝析氣經(jīng)段塞流捕集器初步分離后，氣相先經(jīng)空冷器冷卻再去氣液分離器進(jìn)一步分離，然后經(jīng)注乙二醇、預(yù)冷、J－T閥節(jié)流制冷、低溫分離、冷量回收之后外輸。其中，凝析氣先空冷再分離的工藝在塔里木乃至全國(guó)都是一個(gè)新的突破，已經(jīng)成為凝析氣田標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

5 結(jié)論

通過(guò)迪那2氣田天然氣處理工藝的優(yōu)化研究，取得以下認(rèn)識(shí)：

（1）隨著進(jìn)站溫度升高，原料氣飽和水含量增加，空冷器前氣液分離器無(wú)法將飽和水分離，導(dǎo)致乙二醇加注量不足，脫水脫烴裝置發(fā)生凍堵。

（2）通過(guò)HYSYS軟件模擬計(jì)算，實(shí)現(xiàn)參數(shù)優(yōu)化，并提出分水器改造建議，將天然氣含水有效分離，裝置達(dá)到設(shè)計(jì)處理能力。

（3）建立了凝析氣先空冷再分離的標(biāo)準(zhǔn)氣處理工藝，成為凝析氣田標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

［1］坎貝爾J M.天然氣預(yù)處理與加工［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1991.

［2］李士富.油氣處理工藝及計(jì)算［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2010.

［3］李士倫.天然氣工程［M］.2版.北京：石油工業(yè)出版社，2008.

［4］中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司.GB 50350－2005油田油氣集輸設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2005.