何蕾 薛崗 王立寧 葛濤 朱建波 劉銀春 楊光

1西安長(zhǎng)慶科技工程有限責(zé)任公司

2長(zhǎng)慶油田公司工程造價(jià)管理部

3長(zhǎng)慶油田公司第四采氣廠

目前，長(zhǎng)慶油田處于“二次加快發(fā)展”的關(guān)鍵時(shí)期，規(guī)劃2025 年油氣當(dāng)量突破6 300×104t。大規(guī)模的油氣開發(fā)面臨著資源品位下降、有效建設(shè)時(shí)間短、投資控制難度大等問題。例如，蘇里格氣田和榆林氣田等區(qū)塊常規(guī)開發(fā)不含硫的上古生界氣藏，多年的勘探開發(fā)建立了上古天然氣地面集輸系統(tǒng)[1-3]。但近幾年逐步開發(fā)含硫的下古生界氣藏，部分含硫氣井位置分散，遠(yuǎn)離下古天然氣地面集輸系統(tǒng)，導(dǎo)致產(chǎn)能無法發(fā)揮。

為解決偏遠(yuǎn)含硫氣井的外輸問題，研制了天然氣液體脫硫一體化集成裝置。利用該裝置在集氣站對(duì)含硫天然氣進(jìn)行脫硫處理，凈化后天然氣接入上古天然氣地面集輸系統(tǒng)。

1 裝置組成

裝置主要由脫硫吸收塔、循環(huán)泵、補(bǔ)液泵、H2S含量在線檢測(cè)儀、PLC控制箱、配電箱組成。橇座尺寸為11 000 mm×3 000 mm。設(shè)備布置如圖1所示。

圖1 天然氣液體脫硫一體化集成裝置設(shè)備布置示意圖Fig.1 Layout diagram of integrated natural gas liquid desulfurization device

1.1 主要參數(shù)

（1）原料氣潛硫量：≤50 kg/d。

（2）裝置規(guī)模：20×104～60×104m3/d（操作彈性為40%～120%）。

（3）進(jìn)氣壓力：5.5～5.8 MPa(G)。

（4）進(jìn)氣溫度：10～30 ℃。

（5）脫硫劑硫容量：≥85 g/L。

（6）凈化氣H2S質(zhì)量濃度：≤20 mg/m3。

1.2 脫硫吸收塔

脫硫吸收塔選用填料塔[4]，塔體變徑設(shè)計(jì)，按功能分為儲(chǔ)液段和脫硫段，儲(chǔ)液段直徑1 800 mm，脫硫段直徑800 mm，脫硫段填充Ф38 mm 金屬矩鞍環(huán)散堆填料；頂部設(shè)置液體分布器[5]，有效增大氣液接觸面積，提高脫硫效率。

塔高11 325 mm，配備兩對(duì)容器法蘭，方便內(nèi)部填料更換和設(shè)備檢修。脫硫塔結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

1.3 脫硫劑

脫硫劑選用三嗪溶液[6]。三嗪溶液為無色或淡黃色透明黏稠狀液體，無刺激性氣味，pH=7～11，其優(yōu)點(diǎn)是脫硫產(chǎn)物為水溶性液體，安全性高，不需回收，可直接回注地層。

三嗪溶液脫硫原理（圖3）：三嗪溶液中的三嗪屬于一種環(huán)狀胺，具備胺的基本特征，三嗪分子與H2S 快速反應(yīng)生成噻二嗪，噻二嗪繼續(xù)與另外一分子H2S 緩慢反應(yīng)生成二噻嗪。理論上，三嗪以1∶3 的摩爾比與H2S 反應(yīng)[7-8]。

圖2 脫硫吸收塔結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structural diagram of desulfurization tower

圖3 三嗪溶液脫硫原理示意圖Fig.3 Schematic diagram of desulfurization based on triazine solution

1.4 工藝流程

裝置工藝流程包括天然氣脫硫流程、脫硫劑循環(huán)流程和脫硫劑補(bǔ)充流程（圖4）。

（1）天然氣脫硫流程。原料天然氣自底部進(jìn)入脫硫吸收塔，與自頂部進(jìn)塔的脫硫劑溶液在填料層內(nèi)逆向、充分接觸，將天然氣中的H2S質(zhì)量濃度脫除至20 mg/m3以下，再經(jīng)塔頂捕霧絲網(wǎng)除去大于5 μm 的脫硫劑液滴后由塔頂部出塔，吸收H2S 的脫硫劑溶液自塔底排出進(jìn)入循環(huán)泵；塔底部設(shè)有排液口，與塔內(nèi)液位連鎖，用來調(diào)節(jié)脫硫吸收塔液位。

（2）脫硫劑循環(huán)流程。脫硫劑溶液自脫硫吸收塔排出，先由過濾器除去固體雜質(zhì)，再經(jīng)過循環(huán)泵壓縮、流量計(jì)量和調(diào)節(jié)，進(jìn)入脫硫吸收塔，循環(huán)使用。

圖4 天然氣液體脫硫一體化集成裝置工藝流程示意圖Fig.4 Flow chart of integrated natural gas liquid desulfurization device

（3）脫硫劑補(bǔ)充流程。新鮮脫硫劑溶液經(jīng)過濾器過濾、流量計(jì)量、補(bǔ)液泵壓縮，與脫硫劑循環(huán)管路匯成一路，進(jìn)入脫硫吸收塔。

2 主要功能

（1）天然氣液體脫硫。裝置設(shè)置脫硫吸收塔1具，選用三嗪溶液作為脫硫劑，在集氣站內(nèi)將偏遠(yuǎn)低含硫氣井來天然氣中的H2S 質(zhì)量濃度脫除至20 mg/m3以下，接入上古天然氣地面集輸系統(tǒng)。

（2）天然氣脫硫前后H2S含量在線檢測(cè)。裝置設(shè)置H2S 含量在線檢測(cè)儀1 臺(tái)，該檢測(cè)儀具有雙檢測(cè)通道，可以實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)艋烊粴庵蠬2S含量，根據(jù)用戶需要周期性測(cè)量原料天然氣中H2S含量，用來監(jiān)測(cè)裝置的脫硫效果。

（3）自動(dòng)排液和自動(dòng)補(bǔ)液。裝置設(shè)置PLC 控制系統(tǒng)，H2S 含量在線檢測(cè)儀顯示凈化天然氣中H2S質(zhì)量濃度大于或等于15 mg/m3時(shí)，自動(dòng)打開脫硫吸收塔底部排液調(diào)節(jié)閥，將脫硫劑富液排出；液位降至300 mm 時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉排液調(diào)節(jié)閥；打開排液調(diào)節(jié)閥的同時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)補(bǔ)液泵，進(jìn)行新鮮脫硫劑溶液補(bǔ)充；液位升至1 000 mm 時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉補(bǔ)液泵[9]。

（4）遠(yuǎn)程監(jiān)控和定位。PLC 控制系統(tǒng)自動(dòng)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以上傳至裝置所在站場(chǎng)，也可以通過無線傳輸方式傳輸至管理單位控制臺(tái)進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)，利用手機(jī)APP 即可進(jìn)行監(jiān)控和定位。

3 裝置特點(diǎn)

（1）集成度高，占地面積小。裝置將脫硫吸收塔、循環(huán)泵、補(bǔ)液泵、H2S 含量在線檢測(cè)儀、PLC控制箱、配電箱等設(shè)備集中成橇，管線和管件較多，管線分層布置，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。三通閥門有3 個(gè)接口，將常規(guī)切換流程的2 個(gè)閥門簡(jiǎn)化為1 個(gè)閥門，通過調(diào)整閥芯位置使閥門截?cái)嗷蛘哌B通，實(shí)現(xiàn)流程切換。本裝置采用“一進(jìn)兩出（分流閥）三通閥”，減少閥門數(shù)量，簡(jiǎn)化管線安裝。

（2）選用三嗪溶液，脫硫精度高。脫硫劑選用三嗪溶液，將天然氣中H2S 質(zhì)量濃度脫除至20 mg/m3以下，脫硫精度高。

（3）集成裝置便于拆遷拉運(yùn)與安裝。由于工程特點(diǎn)，含硫氣井采氣周期結(jié)束后，脫硫裝置將搬遷至其他集氣站，集成裝置結(jié)構(gòu)緊湊，便于拆遷拉運(yùn)與安裝。

4 實(shí)施效果

（1）脫硫效果顯著。目前，應(yīng)用于蘇里格氣田某集氣站的脫硫裝置已投產(chǎn)運(yùn)行。該集氣站天然氣處理量25×104m3/d，H2S 質(zhì)量濃度約100 mg/m3，凈化后天然氣H2S 質(zhì)量濃度為0～5 mg/m3，三嗪溶液消耗量為280 L/d，硫容量為90 g/L，三嗪溶液價(jià)格按照1.8萬元/t計(jì)算，天然氣處理成本約0.02元/m3。

（2）具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本裝置處理規(guī)模為50×104m3/d，按照每年采氣天數(shù)330天計(jì)算，單套裝置每年增加天然氣產(chǎn)量1.65×108m3，年銷售收入增加2.1 億元。裝置的應(yīng)用有效解決了蘇里格氣田和榆林氣田等區(qū)塊偏遠(yuǎn)含硫氣井外輸問題，使得該類氣井產(chǎn)能得到發(fā)揮，推進(jìn)長(zhǎng)慶氣田“二次加快發(fā)展”。該工藝對(duì)環(huán)境友好，無污染。

（3）實(shí)現(xiàn)站場(chǎng)無人值守。PLC 控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控和定位，站場(chǎng)無人值守，實(shí)現(xiàn)減員增效，打造長(zhǎng)慶智慧油田[10]。

（4）縮短施工周期。集成裝置全部在車間完成，既保證焊接質(zhì)量，又避免惡劣天氣對(duì)施工的影響，集氣站施工周期可以縮短15 天。

5 結(jié)束語

裝置的研制進(jìn)一步深化了長(zhǎng)慶氣田的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的小型化、橇裝化、集成化、一體化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。

天然氣液體脫硫一體化集成裝置具有脫硫精度高，建設(shè)周期短，占地面積小，以及減員增效等優(yōu)勢(shì)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，在低含硫氣井天然氣凈化方面具有廣闊的應(yīng)用前景。