宗俊斌，楊 勇，趙迎濤，林湧濤，張俊山

（中海石油深海開(kāi)發(fā)有限公司，廣東深圳 518000）

乙二醇回收裝置中顆粒過(guò)濾器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

宗俊斌，楊 勇，趙迎濤，林湧濤，張俊山

（中海石油深海開(kāi)發(fā)有限公司，廣東深圳 518000）

預(yù)涂式顆粒過(guò)濾器目前在國(guó)內(nèi)較少的應(yīng)用在石油化工行業(yè)，在乙二醇回收裝置中，由于乙二醇對(duì)顆粒過(guò)濾器的處理量及處理后的精度要求較高。因此需要一套適應(yīng)性強(qiáng)，處理量大，處理精度高，裝置操作切換簡(jiǎn)單的過(guò)濾器來(lái)滿(mǎn)足要求。本文結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)例，對(duì)乙二醇回收裝置中的顆粒過(guò)濾器的工藝、設(shè)計(jì)以及問(wèn)題等進(jìn)行了討論。

乙二醇回收；顆粒過(guò)濾器；精度

1 乙二醇回收裝置簡(jiǎn)介

中國(guó)南海某氣田開(kāi)采使用水下生產(chǎn)系統(tǒng)，從井口采集上來(lái)的氣經(jīng)過(guò)海底管道運(yùn)輸?shù)街行钠脚_(tái)進(jìn)行處理。在海管運(yùn)輸過(guò)程中需要加入乙二醇（MEG）抑制水合物的形成，防止海管堵塞。

該平臺(tái)設(shè)計(jì)一套乙二醇再生回收單元（MRU），將返回到平臺(tái)的富乙二醇進(jìn)行處理，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)入貧乙二醇產(chǎn)品接收罐，達(dá)到再生回收的目的。MRU系統(tǒng)按照功能可以分為4個(gè)單元，分別為預(yù)閃蒸單元、預(yù)處理單元、再生單元、脫一價(jià)鹽單元[1]（見(jiàn)圖1）。

2 顆粒過(guò)濾器在MRU中的必要性及工藝設(shè)計(jì)

在油氣生產(chǎn)的過(guò)程中會(huì)有地層水隨著油氣一起流入生產(chǎn)管柱進(jìn)入生產(chǎn)流程，地層水中的二價(jià)鹽主要為Ca2+、Mg2+溶解在MEG溶液中，如果在預(yù)處理階段不除去二價(jià)離子，當(dāng)Ca2+濃度大于35 g/L時(shí)將會(huì)與MEG聚合生產(chǎn)一種膠狀物（見(jiàn)圖2）?？梢?jiàn)除去二價(jià)鹽對(duì)于保證MRU系統(tǒng)可操作具有很大的重要性。因此在預(yù)處理階段通過(guò)加入堿性化學(xué)藥劑以沉淀二價(jià)鹽，再通過(guò)顆粒過(guò)濾器以達(dá)到除去沉淀從而達(dá)到MEG溶液中除去二價(jià)鹽的目的[2]。

圖1 乙二醇回收裝置生產(chǎn)流程

圖2 Ca（MEG）4Cl2膠狀物

顆粒過(guò)濾器通過(guò)助濾劑涂覆在濾布上，形成均勻的預(yù)涂層。預(yù)涂層起主要過(guò)濾作用來(lái)過(guò)濾介質(zhì)中的雜質(zhì)和二價(jià)鹽沉淀，過(guò)濾后的乙二醇精度可達(dá)到NAS12，當(dāng)顆粒過(guò)濾器入口和出口壓差達(dá)到一定值時(shí)或者倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，認(rèn)為過(guò)濾結(jié)束，需要進(jìn)行卸料。過(guò)濾完畢后首先對(duì)濾餅進(jìn)行干燥，干燥完畢后，以氮?dú)鉃榻橘|(zhì)進(jìn)行脈沖吹掃，使得濾布伸縮，濾餅脫落，并進(jìn)行卸料，完成一個(gè)過(guò)濾循環(huán)。濾芯結(jié)構(gòu)圖和吹掃示意圖（見(jiàn)圖3）。

圖3 濾芯結(jié)構(gòu)圖和吹掃示意圖

顆粒過(guò)濾器單元由兩個(gè)及兩個(gè)以上過(guò)濾器（過(guò)濾MEG溶液中的二價(jià)鹽沉淀、顆粒雜質(zhì)等）、助濾劑添加系統(tǒng)（為顆粒過(guò)濾器內(nèi)部濾芯附著助濾劑）、氮?dú)庀到y(tǒng)（對(duì)顆粒過(guò)濾器進(jìn)行干燥、排液等）、放空系統(tǒng)、進(jìn)液系統(tǒng)（主要由預(yù)處理罐、預(yù)處理泵組成為其提供MEG溶液）等組成，顆粒過(guò)濾器單元流程示意圖（見(jiàn)圖4）。

3 顆粒過(guò)濾器切換流程及操作參數(shù)

3.1 顆粒過(guò)濾器切換流程

顆粒過(guò)濾器單元一般設(shè)置三個(gè)過(guò)濾器，為兩用一備，正常情況下都有兩個(gè)過(guò)濾器在進(jìn)行過(guò)濾過(guò)程，當(dāng)其中一個(gè)過(guò)濾器的壓差達(dá)到報(bào)警值或者過(guò)濾倒計(jì)時(shí)完成以后，第三個(gè)過(guò)濾器才開(kāi)始進(jìn)行再生過(guò)程，再生完成后開(kāi)始進(jìn)行過(guò)濾器切換[3]（見(jiàn)圖5）。

顆粒過(guò)濾器一個(gè)循環(huán)周期一共可分為七步:

（1）使用氮?dú)鈱?duì)顆粒過(guò)濾器清洗吹掃，以置換內(nèi)部的氧氣。

（2）助濾劑添加罐添加MEG溶液、助濾劑以及對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行涂層。

①通過(guò)外加撬塊對(duì)助濾劑添加罐添加助濾劑，通過(guò)預(yù)處理泵向其加注MEG溶液；②當(dāng)助濾劑添加罐滿(mǎn)足條件（壓力、液位、攪拌時(shí)間等）后，通過(guò)助濾劑添加泵向過(guò)濾器填充助濾劑溶液；③填充滿(mǎn)以后（液位開(kāi)關(guān)觸發(fā)）通過(guò)助濾劑添加泵對(duì)過(guò)濾器、助濾劑添加罐打循環(huán)，對(duì)過(guò)濾器內(nèi)過(guò)濾元件進(jìn)行濾餅建立。

（3）當(dāng)助濾劑泵循環(huán)一定時(shí)間后，開(kāi)始進(jìn)入過(guò)濾階段，以除去二價(jià)沉淀鹽、顆粒、雜質(zhì)等。

（4）當(dāng)過(guò)濾到一定時(shí)間或者過(guò)濾器前后壓差到一定值后，停止過(guò)濾，將過(guò)濾器內(nèi)部MEG溶液排放至預(yù)處理罐。

（5）當(dāng)排液結(jié)束后（液位開(kāi)關(guān)觸發(fā)）通過(guò)氮?dú)鈱?duì)過(guò)濾器內(nèi)濾器元件上的鹽餅進(jìn)行干燥。

（6）當(dāng)干燥一定時(shí)間后，通過(guò)放空管線(xiàn)將過(guò)濾器內(nèi)部壓力降低至常壓。

圖4 顆粒過(guò)濾器單元流程示意圖（粗線(xiàn)為過(guò)濾階段時(shí)MEG溶液流程）

圖5 顆粒過(guò)濾器控制時(shí)序圖

（7）通過(guò)氮?dú)鈱?duì)內(nèi)部過(guò)濾元件進(jìn)行反向憋壓吹掃，以使得鹽餅脫落至頂部廢鹽收集撬。

3.2 參數(shù)選取

3.2.1 堿性藥劑加注量 根據(jù)該氣田地層水中產(chǎn)出的碳酸根和氫氧根總量，通過(guò)采用相關(guān)工藝軟件模擬計(jì)算出碳酸鈉注入量與鈣、鐵離子析出率之間的關(guān)系（見(jiàn)圖6）[4]，可以看出當(dāng)碳酸鈉注入量為23.6 kg/h時(shí)，鈣、鐵離子析出率穩(wěn)定在99.5%左右，繼續(xù)增大碳酸鈉注入量析出率也沒(méi)有明顯提高，同理，氫氧化鈉的注入計(jì)算量為34.7 kg/h時(shí)，鎂離子析出率為99.2%。

圖6 碳酸鈉注入量與鈣、鐵離子析出量關(guān)系

3.2.2 系統(tǒng)操作溫度 據(jù)文獻(xiàn)資料[5]介紹，低溶解性二價(jià)鹽在水中的溶解度很小，且隨溫度變化幅度不大?？紤]來(lái)液中溶解有一定量的烴類(lèi)，為了避免大量烴類(lèi)在過(guò)濾器內(nèi)聚集而發(fā)生堵塞以及發(fā)生起泡，在預(yù)處理上游段操作溫度選取為60℃～80℃，此時(shí)一價(jià)離子溶解度變化不大，同時(shí)絕大多數(shù)的烴類(lèi)均能從上游罐內(nèi)分離出去。同時(shí)綜合氣田凝析油物性及二價(jià)鹽溶解度，預(yù)處理罐的操作溫度確定為80℃最為合適。

3.2.3 過(guò)濾、再生參數(shù) 該顆粒過(guò)濾器屬于高精度、大流量過(guò)濾器，因此采用12 h兩塔過(guò)濾一塔再生流程，同時(shí)壓差設(shè)定點(diǎn)為380 kPa。過(guò)濾器預(yù)涂循環(huán)再生結(jié)束和開(kāi)始?jí)翰畹牟钪祽?yīng)該達(dá)到50 kPa以上，以保證預(yù)涂效果達(dá)到要求。

4 顆粒過(guò)濾器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 助濾劑粒徑分布的選擇

珍珠巖助濾劑的登記范圍一般而言是0.2～6達(dá)西。因?yàn)樵陬A(yù)處理管內(nèi)沉淀物的大小由其參數(shù)決定的，因此珍珠巖的粒徑通常按照設(shè)計(jì)要求設(shè)定。該氣田珍珠巖粒徑累計(jì)分布（見(jiàn)表1）。

表1 珍珠巖粒徑累計(jì)分布

4.2 預(yù)涂的關(guān)鍵參數(shù)

（1）在預(yù)涂前需保證顆粒過(guò)濾器脈沖吹掃完成，濾餅完全脫落以保證濾布的潔凈度，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際干燥氮?dú)?00 kPa，吹掃氮?dú)?0 kPa。

（2）顆粒過(guò)濾器濾布預(yù)涂厚度設(shè)定，一般預(yù)涂厚度由調(diào)試工程師設(shè)定完成在6 mm～8 mm，預(yù)涂厚度與預(yù)涂時(shí)間、排量、預(yù)涂壓差等相關(guān)參數(shù)相關(guān)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際預(yù)涂時(shí)間30 min，預(yù)涂泵流量為130 m3/h。

（3）顆粒過(guò)濾器的面積60 m2，1 m2預(yù)涂量1 kg，單次預(yù)涂60 kg。從而確定助濾劑添加罐中單次添加珍珠巖量，通過(guò)取樣觀察助濾劑添加罐中的樣本光學(xué)清晰度來(lái)加以確認(rèn)。

（4）在預(yù)循環(huán)后，必須使流體往前持續(xù)流動(dòng)以保證過(guò)濾器上的珍珠巖預(yù)涂層不脫落。

4.3 顆粒過(guò)濾器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

在有限的過(guò)濾器內(nèi)要保證足夠大的過(guò)濾面積，在每個(gè)顆粒過(guò)濾器內(nèi)有11排共97根濾芯組成（見(jiàn)圖7）。每根濾芯由中心管、不銹鋼骨架、濾布等主要部件組成。每排中心管線(xiàn)均連接在單獨(dú)的收集管匯上，每根收集管匯在濾器出口均設(shè)置有自動(dòng)閥門(mén)，在進(jìn)行氮?dú)饷}沖時(shí)可單排依次進(jìn)行，可保證每次的脈沖質(zhì)量。同時(shí)，極大的增加了過(guò)濾面積，正常過(guò)濾時(shí)單套流量可達(dá)19.6 m3/h。

圖7 顆粒過(guò)濾器外形結(jié)構(gòu)圖

5 實(shí)際應(yīng)用中的故障分析及解決方案

在實(shí)際運(yùn)行中過(guò)濾效果不佳，出口富乙二醇的顆粒度不達(dá)標(biāo)，高達(dá)NAS15，部分雜質(zhì)未經(jīng)過(guò)濾進(jìn)入到再生單元，造成泵入口濾器堵塞，尤其是在重沸器中堆積，造成加熱效率降低。清洗泵入口濾器和重沸器，造成乙二醇的大量浪費(fèi)。經(jīng)過(guò)開(kāi)蓋檢查發(fā)現(xiàn)大部分濾芯卡箍/墊圈存在脫落現(xiàn)象，且部分濾布上濾餅脫落不干凈特別是濾芯兩端比較嚴(yán)重。由于部分濾布從濾芯上滑落，導(dǎo)致從濾芯中吹掃的氮?dú)庑孤?，無(wú)法將濾餅吹落。同時(shí)，濾布從濾芯上滑落，則珍珠巖及雜質(zhì)會(huì)進(jìn)入下游工藝流程，顆粒過(guò)濾器過(guò)濾作用失效。經(jīng)分析造成這種問(wèn)題原因有以下幾點(diǎn):

（1）內(nèi)墊圈過(guò)度膨脹。內(nèi)置墊圈在溶液介質(zhì)中吸收乙二醇或油類(lèi)物質(zhì)，導(dǎo)致自身膨脹，膨脹率大于30%，且現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)墊圈散發(fā)著濃烈的油味，內(nèi)墊圈的這種自身膨脹而產(chǎn)生的張力不容忽視。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題。本身設(shè)計(jì)濾芯槽的深度為2 mm，寬16 mm；內(nèi)墊圈厚4 mm，寬15 mm；卡箍寬12 mm。安裝時(shí)內(nèi)墊圈置于凹槽，濾布夾在內(nèi)外墊圈之間靠卡箍進(jìn)行固定。由于內(nèi)墊圈厚度大于槽深，因此內(nèi)墊圈會(huì)凸出槽2 mm，濾芯槽只起固定內(nèi)墊圈作用，濾布和外墊圈受卡箍的束縛力不大，在吹掃、振動(dòng)等條件下，墊圈/卡箍易脫落（見(jiàn)圖8）。

圖8 濾芯頭部實(shí)物及尺寸圖

現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)如下措施已解決濾芯卡箍/墊圈存在脫落現(xiàn)象:

（1）內(nèi)墊圈材質(zhì)更換:選用耐乙二醇、耐油類(lèi)物質(zhì)、耐高溫（現(xiàn)場(chǎng)工況80℃）的新墊圈，且新墊圈具有一定彈性，有利于其在濾芯上的安裝。

（2）內(nèi)外墊圈及卡箍尺寸重新設(shè)計(jì)。要使內(nèi)墊圈厚度小于卡槽深度，用卡箍將濾布固定緊以后，濾布一部分處于卡槽中。

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中最難解決的為間歇性故障，為解決顆粒過(guò)濾器間歇性堵塞問(wèn)題，通常需要如下步驟進(jìn)行分析:對(duì)固體沉淀和堵塞物進(jìn)行化驗(yàn)做出判斷；控制問(wèn)題故障排除。

首先檢查預(yù)涂階段，確保該環(huán)節(jié)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在每次過(guò)濾開(kāi)始前均對(duì)預(yù)涂進(jìn)行了細(xì)致的檢查，但是問(wèn)題仍然不時(shí)的出現(xiàn)，因此排除預(yù)涂階段故障。

隨著對(duì)固體沉積物進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)固體中含有大量的烴類(lèi)物質(zhì)，表明在預(yù)閃蒸階段撇油出現(xiàn)問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)調(diào)節(jié)預(yù)閃蒸罐內(nèi)的液位，校準(zhǔn)液位信號(hào)變送器后該問(wèn)題得以解決。

針對(duì)該問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)提出以下幾點(diǎn)預(yù)防性解決方法:

（1）氣井生產(chǎn)水、凝析油等組分可隨時(shí)間變化，定期分析樣品，確定水中含油等參數(shù)；（2）對(duì)固體沉淀和堵塞物進(jìn)行化驗(yàn)，提前檢測(cè)問(wèn)題；（3）定期設(shè)備維護(hù)，校準(zhǔn)傳感器，確定工藝參數(shù)正確。

在預(yù)處理罐中需要添加多種化學(xué)藥劑，當(dāng)加入過(guò)量的碳酸鈉時(shí)，由于碳酸根顯堿性，如果不去除隨著生產(chǎn)再回到系統(tǒng)中，高含量碳酸根容易使油水形成乳濁液，加大油水的分離難度。此外，如果加入過(guò)量的除氧劑（亞硫酸鈉），不僅造成成本浪費(fèi)，還會(huì)與氧反應(yīng)形成硫酸鹽，容易形成結(jié)垢。

由于碳酸鈉和氫氧化鈉都屬于堿性化學(xué)藥劑，所以通過(guò)檢測(cè)儀表上的pH值（pH值介于9～10）便可確定化學(xué)藥劑的使用是否過(guò)量。同時(shí)，在預(yù)處理罐上還設(shè)置了含氧檢測(cè)儀表（ORP）以確定除氧劑的使用量是否合適。

本套MRU中，濾器干燥排放和吹掃排放流程一樣，都是通過(guò)預(yù)涂層罐至放空，其排放管線(xiàn)和脫水再生單元的排放管線(xiàn)相通。干燥排放時(shí)，由于再生單元放空管線(xiàn)中會(huì)有冷凝液聚集，導(dǎo)致顆粒過(guò)濾器在干燥排放時(shí)將積液瞬間噴出，同時(shí)也導(dǎo)致再生單元放空背壓升高。

在MRU中顆粒過(guò)濾器和再生單元均需要放空，但是兩個(gè)單元放空量及放空時(shí)的壓力存在著較大的區(qū)別，在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能考慮將兩個(gè)單元的放空系統(tǒng)分開(kāi)設(shè)計(jì)，避免相互影響。

6 結(jié)語(yǔ)

該套三塔預(yù)涂式顆粒過(guò)濾器已經(jīng)在乙二醇回收裝置中投入使用，能夠確保經(jīng)過(guò)過(guò)濾后的乙二醇溶液精度達(dá)到NAS12以上，達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期效果，為其后的工程設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn)。

［1］曹莉，齊志彬，汪楊，李婷.海上氣田乙二醇回收系統(tǒng)的優(yōu)化研究［J］.廣州化工，2014，（22）:159-161.

［2］宗俊斌.乙二醇回收和脫鹽技術(shù)在番禺項(xiàng)目中的研究及應(yīng)用［C］.海洋工程論文集，2014.

［3］周生林，郭偉，宗俊斌，張海磊，劉紅方，張強(qiáng)，鄭天旭.番禺34-1氣田乙二醇回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)［J］.油氣田地面工程，2016，（6）:34-37.

［4］郝蘊(yùn)，周曉紅.南海深水氣田群番禺34-1CEP平臺(tái)乙二醇再生脫鹽系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)海上油氣，2014，（4）:91-95.

［5］STEPHEN H，STEPHEN T.Solubilities of inorganic and organic compounds［M］.Oxford:per-gamon Press，1963.

Design and application of particle filter in ethylene glycol recovery unit

ZONG Junbin，YANG Yong，ZHAO Yingtao，LIN Yongtao，ZHANG Junshan
（CNOOC Deepwater Development Co.，Ltd.，Shenzhen Guangdong 518000，China）

In recent years,the application of particulate filter in the petrochemical industry is less in China.In the ethylene glycol recovery technology,the processing quantity and precision of the pellet filter are higher.Therefore,it is necessary to meet the requirements of a set of strong adaptability,large processing capacity,high processing precision and simple operation of the device.In this paper,the process,design and problems of particle filter in ethylene glycol recovery unit are discussed.

ethylene glycol recovery technology；particulate filter；precision

TE966

A

1673-5285（2017）04-0131-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.04.033

2017－03-13

宗俊斌（1983-），工程師，主要從事海洋石油天然氣開(kāi)發(fā)開(kāi)采及處理工作，郵箱:624798507@qq.com。