崔連來(lái)，張　濤，王　紀(jì)，鄭天寶（中原油田天然氣處理廠，河南濮陽(yáng)　457001）

·生產(chǎn)實(shí)踐·

乙二醇脫水工藝在大型高壓天然氣處理裝置中的優(yōu)化運(yùn)行

崔連來(lái)，張濤，王紀(jì)，鄭天寶
（中原油田天然氣處理廠，河南濮陽(yáng)457001）

摘要：大型高壓天然氣處理裝置加納天然氣處理廠應(yīng)用乙二醇脫水工藝，容易產(chǎn)生乙二醇再生系統(tǒng)設(shè)備腐蝕、乙二醇大量損耗、換熱器凍堵等問(wèn)題，從而導(dǎo)致管輸商品氣產(chǎn)品不合格和液化氣LPG產(chǎn)品收率降低。分析原因后，采用更換乙二醇再生塔填料，增加乙二醇過(guò)濾器濾芯更換頻率，提高乙二醇再生溫度，控制乙二醇pH值和調(diào)整乙二醇加注噴嘴角度的方法逐步解決了問(wèn)題，使得商品氣符合產(chǎn)品要求和液化氣收率明顯提高。

關(guān)鍵詞：乙二醇脫水工藝；大型；高壓；天然氣處理裝置；優(yōu)化運(yùn)行

0　前言

加納天然氣處理廠是非洲加納國(guó)家的第一個(gè)大型天然氣處理裝置，其天然氣設(shè)計(jì)處理能力約420 萬(wàn)m3/d，于2014年11月建成，由中原油田天然氣處理廠承擔(dān)投產(chǎn)和運(yùn)行。該裝置采用高壓天然氣節(jié)流制冷工藝，經(jīng)分離、過(guò)濾、制冷和分餾單元回收天然氣中較重的組分，產(chǎn)品有管輸商品氣、液化氣LPG和穩(wěn)定輕烴。

在高壓天然氣節(jié)流制冷過(guò)程中，采用加注水合物抑制劑乙二醇的方法來(lái)防止形成水合物。經(jīng)分離和過(guò)濾的原料氣在進(jìn)入換熱器管程前噴入乙二醇，這樣霧化的乙二醇與原料氣在換熱器中充分混合，然后經(jīng)J-T閥節(jié)流進(jìn)入到低溫分離器中［1］。該低溫分離器為三相分離器，吸水后的乙二醇在三相分離器底部的分液包中，此稱為富乙二醇。富乙二醇進(jìn)入到乙二醇再生系統(tǒng)中脫除吸收的水和少量的烴，此稱為貧乙二醇。貧乙二醇經(jīng)加注泵升壓后加入原料氣換熱器內(nèi)循環(huán)利用。

工藝流程如圖1所示。

圖1　乙二醇再生工藝流程

1　乙二醇脫水工藝存在的問(wèn)題

自2014年11月加納天然氣處理裝置投產(chǎn)以來(lái)，乙二醇再生系統(tǒng)存在乙二醇溶液中出現(xiàn)黑色懸浮物、溶液的pH值降低、過(guò)濾器濾芯表面被黑色固體顆粒附著、乙二醇損耗量不斷增加等一系列嚴(yán)重問(wèn)題。于2015年4月裝置停產(chǎn)檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)乙二醇再生設(shè)備結(jié)垢和再生塔填料腐蝕、換熱器堵塞等現(xiàn)象。

1.1乙二醇再生系統(tǒng)設(shè)備結(jié)垢和腐蝕

在裝置檢修期間發(fā)現(xiàn)乙二醇再生塔再沸器導(dǎo)熱油U形管束結(jié)垢嚴(yán)重，上面附有大量用高壓水槍都很難沖洗掉的黑色固體污垢。乙二醇再生塔內(nèi)的碳鋼散堆填料被黑色固體粉末堵塞而且部分填料被腐蝕成粉末狀。根據(jù)原料氣組分可知原料氣中二氧化碳含量為1.4%，同時(shí)含有微量硫化氫。乙二醇在脫水的同時(shí)還會(huì)吸收原料氣中部分酸性氣體并將其帶至乙二醇再生系統(tǒng)［2］。乙二醇加熱再生時(shí)吸收的酸性氣體同水一起被蒸出，因此再生塔內(nèi)酸性氣體濃度相對(duì)較高是造成乙二醇設(shè)備腐蝕的主要原因。

1.2乙二醇大量損耗

裝置運(yùn)行期間，乙二醇的損耗量最高可達(dá)到400 L/d，乙二醇損耗流程見(jiàn)圖2。根據(jù)裝置設(shè)計(jì)方提供的數(shù)據(jù)，裝置正常運(yùn)行時(shí)乙二醇損耗量應(yīng)在每周400～600 L［3］。通過(guò)對(duì)裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)的研究發(fā)現(xiàn)，造成乙二醇損耗的主要原因有低溫分離器內(nèi)烴液和氣體的夾帶、乙二醇再生塔頂?shù)恼舭l(fā)損失等［4］。

圖2　乙二醇損耗統(tǒng)計(jì)圖

乙二醇溶液中的黑色懸浮物以及沉淀在設(shè)備上的黑色糊狀物質(zhì)是乙二醇系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中逐漸產(chǎn)生的。這些黑色固體的形成與原料氣中所含的重?zé)N、有機(jī)酸、酸性氣體等，乙二醇溶液的pH值以及乙二醇再生時(shí)的熱分解產(chǎn)物有很大關(guān)系［5-6］。固體懸浮物的存在也會(huì)使乙二醇溶液起泡，導(dǎo)致在低溫分離器中乙二醇不能充分地與液態(tài)烴分離而增加乙二醇的損耗量［7］。

1.3換熱器凍堵

換熱器的凍堵直接導(dǎo)致了換熱器管程壓差增大及氣氣換熱器換熱效率降低，最終導(dǎo)致商品氣與原料氣換熱不充分，出現(xiàn)低溫分離器溫度較高、商品氣不合格現(xiàn)象。

1.3.1商品氣不合格

商品氣溫度偏低，其產(chǎn)品要求為0℃以上，而實(shí)際運(yùn)行值為-2℃，導(dǎo)致商品氣外輸管線上的超聲波流量計(jì)無(wú)法計(jì)量，影響了天然氣處理廠安全平穩(wěn)運(yùn)行。商品氣熱值超標(biāo)，下游用戶要求商品氣熱值為37 250～43 582.5 MJ/Nm3，而實(shí)際商品氣熱值為44 104 MJ/Nm3，影響了下游發(fā)電廠的穩(wěn)定運(yùn)行。

正常情況下，原料氣預(yù)冷后溫度應(yīng)為-13℃左右，而實(shí)際在6℃左右，使得低溫分離器的溫度高達(dá)-15℃（其正常值應(yīng)在-30℃以下），氣氣換熱器的換熱效果大幅降低，導(dǎo)致原料氣不能充分預(yù)冷，因此直接導(dǎo)致收率降低。

綜上所述，乙二醇大量損耗造成了不必要的經(jīng)濟(jì)損失，換熱器凍堵則直接影響換熱器的換熱效率，從而導(dǎo)致商品氣不合格和的收率明顯降低，因此減少乙二醇損耗量和換熱器凍堵已成為一個(gè)亟需解決的問(wèn)題［8-9］。

2　解決措施

2.1更換乙二醇再生填料

從上面的分析可看出，在乙二醇再生塔內(nèi)二氧化碳的存在是再生塔內(nèi)碳鋼填料被嚴(yán)重腐蝕的原因［10-12］。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，考慮通過(guò)改變填料的材質(zhì)來(lái)增強(qiáng)其抗腐蝕性能。針對(duì)二氧化碳產(chǎn)生的腐蝕環(huán)境以及檢修時(shí)填料被腐蝕的情況，將再生塔填料由碳鋼換成了不銹鋼材質(zhì)。

2.2調(diào)整乙二醇加注噴嘴角度

查閱設(shè)備資料可以看出，氣氣換熱器管板上的管子布局近似為橢圓形，對(duì)應(yīng)的乙二醇加注噴嘴噴霧形狀為60°的橢圓錐形。氣氣換熱器的乙二醇加注噴嘴的安裝角度應(yīng)水平安裝，這樣噴出的乙二醇才能剛好完全覆蓋在換熱器的管板上。

檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)乙二醇的加注器噴嘴安裝角度存在問(wèn)題，使得噴出的乙二醇不能較好地覆蓋在換熱器的管程區(qū)域。對(duì)乙二醇加注噴嘴進(jìn)行角度調(diào)整，使噴出的乙二醇全部覆蓋在換熱器的管板上，這樣原料氣可充分與霧狀乙二醇混合，從而抑制水合物的形成［13］。

2.3增加乙二醇加注泵的加注量

增加乙二醇加注泵的加注量，使噴嘴噴出的乙二醇更好地霧化。由于乙二醇加注泵由變頻器控制，所以可通過(guò)簡(jiǎn)單提高頻率增加加注泵的排出量。乙二醇泵的頻率由以前的20%提高至50%以上，保證噴出的乙二醇能夠很好的霧化。

2.4增加乙二醇過(guò)濾器濾芯更換頻率

為減少固體雜質(zhì)對(duì)乙二醇溶液的影響，增加了乙二醇過(guò)濾器濾芯的更換頻率。從而減小乙二醇中固體雜質(zhì)的濃度，減緩黑色固體物質(zhì)在設(shè)備上的沉淀速率。

2.5提高乙二醇再生溫度

提高乙二醇再生溫度至120℃，保證再生后的乙二醇溶液濃度在80%（乙二醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）左右，在此濃度下乙二醇溶液有較好地防止水合物形成的效果。

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

通過(guò)對(duì)乙二醇再生系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化后，乙二醇損失速率明顯降低，溶液pH值有了明顯改善，同時(shí)解決了換熱器凍堵問(wèn)題。

3.1乙二醇損失速率

乙二醇損耗趨勢(shì)對(duì)比圖見(jiàn)圖3。

圖3　乙二醇損耗趨勢(shì)對(duì)比圖

由圖3可知，乙二醇的損失量由每周1 500 L降至每周700 L。通過(guò)采取上述措施，增加了乙二醇的回收率，明顯降低了乙二醇的損耗量。

3.2乙二醇溶液pH值

pH值是乙二醇溶液的一個(gè)重要監(jiān)測(cè)指標(biāo)。由于pH值太高或太低都容易造成乙二醇溶液發(fā)泡，增加乙二醇損失［14］。同時(shí)pH值過(guò)低還會(huì)加速設(shè)備的腐蝕［15-16］。乙二醇貧液pH值變化趨勢(shì)如圖4所示。

圖4　乙二醇貧液pH值變化趨勢(shì)圖

由圖4可以看出，乙二醇貧液的pH值有了明顯改善。

3.3解決了換熱器凍堵問(wèn)題

矯正了乙二醇加注噴嘴的安裝角度，調(diào)節(jié)了原料氣在換熱器中的流量分配，解決了換熱器壓差高、換熱效果差的問(wèn)題。方案實(shí)施后，商品氣熱值符合了下游用戶的要求（見(jiàn)表1），提高了裝置液化石油氣收率（見(jiàn)表2），提高了裝置運(yùn)行穩(wěn)定性。

表1　方案實(shí)施前后商品氣熱值與要求值比較表

表2　方案實(shí)施前后液化氣收率比較表

4　結(jié)論

根據(jù)乙二醇脫水系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的種種問(wèn)題，以及裝置檢修期間發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，分析問(wèn)題出現(xiàn)的原因，并根據(jù)裝置本身的特點(diǎn)，對(duì)如何減輕乙二醇溶液對(duì)設(shè)備的腐蝕及減少乙二醇損耗進(jìn)行了改進(jìn)：①更換乙二醇再生填料解決了二氧化碳腐蝕乙二醇再生塔的問(wèn)題；②調(diào)整乙二醇加注噴嘴角度和增加乙二醇加注泵的加注量解決了換熱器凍堵的問(wèn)題，抑制了水合物的生成；③增加乙二醇過(guò)濾器濾芯更換頻率、提高乙二醇再生溫度和控制乙二醇的pH值解決了乙二醇再生系統(tǒng)損耗量大的問(wèn)題。裝置優(yōu)化后，乙二醇的消耗量明顯降低，同樣也改善了換熱器的運(yùn)行狀況，增加了液化氣產(chǎn)品的收率。裝置的平穩(wěn)高效運(yùn)行為下游用戶提供了優(yōu)質(zhì)的燃料氣，為加納電力能源供應(yīng)做出貢獻(xiàn)。同時(shí)大大緩解了加納進(jìn)口LPG的壓力，為加納用戶提供高質(zhì)量的液化石油氣產(chǎn)品，取得了很好的社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

［1］李德樹(shù)，文紹牧，潘旭.引進(jìn)撬裝天然氣脫水裝置試運(yùn)分析［J］.天然氣工業(yè)，1999，19（2）：108-112.

［2］晁宏洲，王赤宇，馬亞琴，等.乙二醇循環(huán)系統(tǒng)的工藝運(yùn)行分析［J］.石油與天然氣化工，2007（2）：110-114.

［3］余斌，姜義民.中七淺冷裝置乙二醇再生系統(tǒng)技術(shù)改造［J］.油田節(jié)能，2007，18（3）：57-58.

［4］陶波，王同峰，劉永明，等.乙二醇在天然氣處理工藝中的損耗分析與研究［J］.化學(xué)工程與裝備，2013 （09）：85-86.

［5］張海燕，寧英男，孫開(kāi)友，等.天然氣乙二醇脫水系統(tǒng)監(jiān)測(cè)分析與防腐蝕方案［J］.腐蝕與防護(hù)，2005，26 （12）：518-520.

［6］陳慧娟，張淑芳，于鐵成.乙二醇在天然氣脫水過(guò)程中酸化機(jī)理的研究［J］.化學(xué)工程師，1994（1）：12-14.

［7］丁啟耀.天然氣脫水工藝乙二醇損耗大原因分析及處理［J］.廣州化工，2013，41（21）：133-135.

［8］楊園園，陳曉明，張鋒，等.乙二醇凈化工藝技術(shù)研究應(yīng)用［C］.全國(guó)天然氣學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2013：382-390.

［9］劉天俊.天然氣脫水、脫酸氣處理新工藝［J］.中國(guó)海上油氣工程，1994，6（1）：67.

［10］ 遲東輝.油田伴生氣酸性氣體脫除技術(shù)研究［D］.大慶：大慶石油學(xué)院，2007.

［11］ 高云義.長(zhǎng)嶺氣田高含二氧化碳天然氣處理技術(shù)研究［D］.大慶：東北石油大學(xué)，2012.

［12］姚春旭.川東北高含硫天然氣脫硫脫碳工藝研究［D］.青島：中國(guó)石油大學(xué)，2011.

［13］ 胡志興.天然氣水合物相平衡研究及其應(yīng)用［D］.秦皇島：燕山大學(xué)，2011.

［14］ 賀江波，孫曉飛，徐樂(lè)樂(lè)，等.乙二醇再生塔操作優(yōu)化［J］.重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011（4）：94-97.

［15］ 王旭鋒，逯國(guó)英，張萍，等.鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)乙二醇+JT閥制冷脫水工藝設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2014 （23）：59.

［16］ 馬全天，王玉，杜福祥，等.牙哈氣田凝析氣處理裝置乙二醇系統(tǒng)工藝優(yōu)化［J］.天然氣工業(yè)，2006（1）：141-142.

中圖分類號(hào)：TQ028.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1003-3467（2016）04-0031-04

收稿日期：2016-02-27

作者簡(jiǎn)介：崔連來(lái)（1985-），男，助理工程師，從事天然氣處理技術(shù)工作，電話：18338058017。