王旭鋒 逯國英 張萍 陳冰 趙秀麗 王利強

摘 要：針對鹽穴儲氣庫采氣量變化范圍大的特點，研究了乙二醇+J-T閥制冷脫水工藝中乙二醇再生裝置處理量與天然氣處理量之間的關系，根據Hammerschnidt公式推導出兩者成正比例關系，比例系數為ρ，單位為kg/m3，將該比例系數定義為“脫水密度”，其含義為1m3天然氣脫水至相同的深度時所需處理的乙二醇富液量。

關鍵詞：乙二醇富液量；乙二醇貧液量；天然氣處理量

中圖分類號：TE822 文獻標識碼：A

1 研究背景及意義

鹽穴儲氣庫地面工程中，天然氣處理的核心工藝為脫水工藝。采氣期，地下水蒸汽會隨著天然氣夾帶出地面，當氣體溫度低于其露點溫度時，產生水化物，引起管道凍堵，影響平穩(wěn)供氣。因此，需配套烴水露點控制裝置，以保證天然氣長輸管道系統(tǒng)安全供氣。當井口壓力足夠高時，注乙二醇+J-T閥制冷脫水工藝應用較為廣泛。儲氣庫建庫期間與正常采氣期的氣量不斷變化，并且在高峰與低峰時相差很大，因此對乙二醇的需求量變化范圍較大。建立采氣量與乙二醇再生裝置進料量的關系對于合理設置再生裝置處理規(guī)模，提高其適應性具有節(jié)能減排、綠色環(huán)保等重要意義。

2鹽穴儲氣庫乙二醇+J-T閥制冷脫水工藝流程

各井場來氣在集配站內匯集后節(jié)流至11MPa，由集輸管網輸送至注采站，經生產分離器進行兩相分離，分離后的天然氣進入進站空冷器，冷卻至30℃，然后進入過濾分離器進行兩相分離，分離后的天然氣注入乙二醇后進入繞管式換熱器與低溫分離器來的干氣進行換熱后，經J-T閥節(jié)流，溫度降至-2℃進入低溫分離器，氣相經繞管式換熱器復熱后外輸，生產過程中產出的水調壓后進入地下排污罐，經泵裝車外運。

2.1乙二醇貧液用量的計算

根據當地環(huán)境溫度確定出天然氣注乙二醇前后水合物形成的溫度降（△t）后，可按Hammerschnidt公式計算乙二醇最低富液濃度CM（質量百分濃度）。

×100% （1）

式中 CM—乙二醇最低富液濃度，質量百分數

（△t）—水合物形成溫度降，℃；

M—乙二醇的相對分子質量；

KC—乙二醇的常數，2220。

計算出乙二醇在水溶液相中的最低濃度后，可由下式求得水溶液相中的乙二醇貧液用量qL。

（2）

式中 C1—注入含水乙二醇中乙二醇的質量分數，一般取80%；

qw—系統(tǒng)中析出的冷凝水量，kg/d；

qL—乙二醇貧液用量，kg/d。

2.2系統(tǒng)中析出的冷凝水量

系統(tǒng)中析出的冷凝水量可根據注乙二醇注入器前的天然氣含水量和低溫分離器出口后天然氣含水量來計算。

qw=G（W1-W2） （3）

式中 G—天然氣流量（p=0.101MPa，t=20℃），m3/d；

W1，W2—天然氣在脫水前后溫度和壓力條件下的飽和水含量，kg/m3，可從HYSYS中查取。

2.3乙二醇裝置進料量

根據《SYT0076-2008 天然氣脫水設計規(guī)范》，乙二醇貧液損失量為4mg/m3天然氣，那么乙二醇貧液損失量qs為：

qs=G×4×10-6 （4）

那么乙二醇裝置進料量可以根據乙二醇質量守恒得到，

（5）

式中 F—乙二醇裝置進料量，kg/d；

公式5中，假設乙二醇再生裝置乙二醇貧液濃度為80%，而將損失考慮在qs中，將公式（2）、（3）代入公式（4）中整理可得：

（6）

公式（6）中CM可由公式（1）求得，W1、W2均可根據《SYT0076-2008 天然氣脫水設計規(guī)范》中圖A.1-A.6中查取。當原料性質和要求的烴水露點相同時，CM、C1、W1、W2都為常數，即天然氣所含有的飽和水和露點降相同，由公式（6）可以看出，天然氣處理量與乙二醇裝置進料量成正比關系，設比例系數為ρ，則有：

（7）

式中ρ的單位為kg/m3。類似于物體密度的定義，ρ可以定義為乙二醇+J-T制冷脫水工藝中的“脫水密度”，其含義為1m3天然氣脫水至相同的深度時所需處理的乙二醇富液量。公式（6）即為乙二醇再生系統(tǒng)進料量與天然氣流量之間的關系式，據此可以根據天然氣流量的變化范圍，合理確定乙二醇再生系統(tǒng)的設計與運行方案。

結語

本文針對鹽穴儲氣庫采氣量變化范圍大的特點，研究了脫水工藝中乙二醇再生裝置處理量與天然氣量之間的關系

通過Hammerschnidt公式推導得出天然氣流量與乙二醇再生裝置進料量成正比關系，比例系數ρ，單位為kg/m3。將其定義為乙二醇+J-T制冷脫水工藝中的“脫水密度”，含義1m3天然氣脫水至相同的深度時所需處理的乙二醇富液量。

乙二醇再生裝置進料量與天然氣流量的比例關系為F=ρ·G，據此可以根據天然氣流量的變化范圍，合理確定乙二醇再生系統(tǒng)的設計與運行方案，節(jié)約能耗，降低成本。

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