陳 賓，唐 敏，張 斌，趙方生，陳 巍

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

1 前言

海上平臺因?yàn)榫嚓懮陷^遠(yuǎn)，一般不利用陸上已有電源或熱源設(shè)施，通常都采用在平臺上自發(fā)電或供熱，以自給自足。海上油氣開采平臺生產(chǎn)的天然氣經(jīng)加工后可作燃料使用，所以對海上平臺而言，使用天然氣既方便又便宜，因而成為平臺上的主要燃料。文章以某海上平臺為例，采用低溫分離法代替常規(guī)的直接加熱法燃料氣處理工藝，解決了燃料氣供氣溫度過高的問題，同時取得了很好的節(jié)能效果。

2 燃料氣的質(zhì)量要求

某海上平臺燃料氣用途有：為鍋爐提供燃料，將燃燒熱轉(zhuǎn)化為熱能；為透平發(fā)動機(jī)提供燃料，將燃燒熱轉(zhuǎn)化為電能；為透平驅(qū)動的壓縮機(jī)提供燃料，將燃燒熱轉(zhuǎn)化為動能用以壓縮氣體。項(xiàng)目中燃料氣取自生產(chǎn)分離器氣相出口，取氣位置的操作條件為100 barG/60 ℃，燃?xì)庠O(shè)計需求量為2萬m3/h，燃?xì)鈿赓|(zhì)要求：燃料氣低熱值在33 MJ/Sm3～52 MJ/Sm3之間；燃料氣中不能含有任何游離水，99%固體顆粒的直徑必須小于10 μm，最大液態(tài)烴顆粒直徑小于10 μm；燃料氣的露點(diǎn)應(yīng)低于供氣溫度，要求當(dāng)溫度下降時，氣體中不會形成水合物或凝結(jié)出其它固體或半固體的的碳?xì)浠衔?，?shí)際生產(chǎn)中燃料氣的供氣溫度高于烴露點(diǎn)溫度28 ℃；燃料氣的供應(yīng)溫度范圍應(yīng)在0 ℃～65 ℃；燃?xì)鈿夤鈮毫?8 barG。

3 燃料氣處理工藝方案比選

海上平臺通常使用燃料氣過濾器用于除去氣流中的固體顆粒，防止結(jié)垢物或管線中的雜質(zhì)進(jìn)入發(fā)動機(jī)。采用立式分離器除去氣流中含有的液體，直徑由氣體流量決定，內(nèi)部設(shè)置篩網(wǎng)和葉片式除霧器，可以除去10 μm～100 μm的霧滴。如果壓力不變，燃料氣的露點(diǎn)溫度實(shí)際上與燃料氣洗滌器(或分離器的)操作溫度相同。

3.1 常規(guī)直接過熱法燃料氣處理方案

如圖1所示的流程圖，來自分離器氣相出口的原料氣(100 barG/60 ℃)經(jīng)過有PV閥節(jié)流降壓后進(jìn)入燃料氣洗滌罐(29 bar/33 ℃)，燃料氣洗滌罐選用立式分離器，氣相出口設(shè)置絲網(wǎng)捕霧器，脫除10 μm以上的液滴，盡量減少液滴攜帶量。此時燃料氣的烴露點(diǎn)與操作溫度相當(dāng)為33 ℃。燃料氣通過聚結(jié)過濾器進(jìn)一步脫除液滴和固體顆粒(設(shè)計指標(biāo)要求脫出5 μm以上固體顆粒和液滴)，再通過過熱加熱器將操作溫度提升28 ℃，達(dá)到過熱度要求。

圖1 常規(guī)直接過熱法流程示意圖

由于供氣溫度達(dá)到了61 ℃，接近用戶需求最高溫度，適應(yīng)性較差，需要在入口設(shè)置冷卻器，增加入口冷卻器后的工藝流程圖見圖2。新增入口冷卻器，將入口溫度降至50 ℃，供氣溫度可以降低到49 ℃，提高用戶用氣溫度的適應(yīng)性。

圖2 增加入口冷卻器的直接過熱法流程示意圖

3.2 低溫分離法燃料氣處理流程

圖3為優(yōu)化后的低溫分離法燃料氣處理流程。來自分離器氣相出口的原料氣(100 barG/60 ℃)經(jīng)過加熱器加熱到64 ℃，保證節(jié)流降壓后不會生成水合物(水合物形成溫度約為6.5 ℃@28 barG)。經(jīng)預(yù)冷換熱器將溫度降低到42.5 ℃后，通過PV閥節(jié)流降壓，達(dá)到11.5 ℃低溫，通過洗滌罐分液。此時燃料氣的烴露點(diǎn)與操作溫度相當(dāng)，為11.5 ℃。燃料氣通過聚結(jié)過濾器進(jìn)一步脫除液滴和固體顆粒，再通過預(yù)冷換熱器殼程將操作溫度提高28 ℃，達(dá)到過熱度要求。

圖3 低溫分離法流程示意圖

3.3 兩種處理方法的對比(見表1)

表1 兩種處理方法的對比

由表1可以看出，優(yōu)化后的低溫分離器流程，設(shè)備總數(shù)量與常規(guī)方案相同，總體設(shè)備投資相當(dāng)，節(jié)約熱功率約225 kW，節(jié)約冷負(fù)荷約120 kW，相當(dāng)于每年節(jié)約300萬人民幣，減少碳排放約0.5萬t/a。

4 結(jié)論

常規(guī)的直接加熱法將燃料氣經(jīng)過氣滌器分離后，直接進(jìn)行加熱。該方法雖不會降低燃料氣的露點(diǎn)(露點(diǎn)與燃料氣氣滌器的溫度相同)，但能提高供氣溫度進(jìn)而提高供氣溫度和露點(diǎn)的溫差，達(dá)到過熱度要求。該方法需要注意過熱后的溫度是否會超過主機(jī)供氣溫度，不適用與供氣溫度比較高的場合，且能耗較高。

如果露點(diǎn)溫度與廠商提供的發(fā)動機(jī)所能承受的最高供氣溫度較為接近，或者取氣位置有很高的壓力可以利用，建議采用低溫分離法。在燃?xì)庀礈旃耷跋葘μ烊粴膺M(jìn)行預(yù)冷卻，利用焦湯效應(yīng)產(chǎn)生低溫，然后在低溫下分離，從而降低了燃料氣的露點(diǎn)，最后再加熱到需要的供氣溫度，達(dá)到過熱度要求。這種低溫分離法需要注意節(jié)流閥后的水合物形成風(fēng)險。