天然气脱水工艺及英国肖氏公司进口水露点仪测试注意事项

天然气脱水工艺及英国肖氏公司进口水露点仪测试注意事项

井口采气 在井口常常采取加热法, 使得天然气保持在水露点温度之上, 常用的加热设备有套管换热器和水套加热炉等。天然气从井中采出时, 常常具备一定的温度, 该温度下水合物一般难以形成。但天然气经集气管线送往集中处理站时, 一方面由于流经井口的 节流阀产生焦耳- 汤姆逊效应使气流温度降低, 一方面由于流经集气管线有散热损失, 使气流进一步冷却。在井口至天然气集气站的管道输送过程中, 温降有时非常大, 加热的目的是保持整段管线温度不致形成水合物。

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特别是, 有些凝析气田在该段距离油气混输, 为了保证油中的蜡不致结晶, 往往采取加热的方式。套管换热器适用于传热面积较小的场合。虽然其占地较其它管壳式换热器所需面积大, 但由于结构简单, 制造方便, 管程可流通高压介质, 天然气流通内管可以采用与集输管线相同材质和相同直径的管子, 因而在生产现场应用较多。天然气脱水工艺及英国肖氏公司进口水露点仪测试注意事项一般传热结构采用内外管式, 内管通过需加热的天然气, 外管通过热蒸汽。水套加热炉是目前气田集输系统中应用较广的天然气加热设备。它不象套管换热器需要配备专用的蒸汽锅炉和蒸汽管线。由于水套炉是用热水在常压下对管线进行加热, 因而易于操作和控制, 也更安全。如美国OH 公司生产的水套加热炉采用空气自动控制调节器, 控制加热炉过剩空气, 剩空气系数内加翅片状水管, 或在烟管内设置循环水盘管, 控制 排烟温度, 并作加热炉保温, 热效率可达85%以上。我国目前水套炉热效率可达80%, 但还应在自动制、燃料气调节、排烟温度控制及熄火自动保护等方面配套完善, 使其小型撬装化。 2 工艺处理 降低天然气水露点的工艺处理措施是对天然气脱水, 通过脱除天然气中的水蒸气, 使其露点达到一定要求。天然气脱水工艺及英国肖氏公司进口水露点仪测试注意事项脱水的方法有冷却法、吸收法和吸附法。

( 1) 低温分离法被水饱和的天然气在温度降到水的露点以下时, 天然气中的饱和水汽就会冷凝成液相水析出( 天然气在新的条件下仍被水饱和) , 在分离走液相水的情况下, 提高温度或降低压力, 天然气就会变成不被水饱和的状态, 从而降低了它的汽相含水量, 这就是低温脱水的原理。工艺上常见加注抑制剂的低温分离法, 如图1 所示。预冷后的进料气经过节流阀时产生焦耳- 汤姆逊效应, 温度进一步降低。在低温分离器中, 冷干气与富乙二醇和液烃分离后, 在气/气换热器与进料气换热。复热后的干气作为商品气进入管道向外输送。图1 中的低温分离器一般在高压与低温下操作, 其操作温度即为冷干气在该高压下的露点。由于此温度远低于干气在管道中输送时可能出现的*低温度, 因此, 就可防止在输气管道中形成水合物。在天然气处理工艺中, 回收凝液常常需要创造低温的条件, 可以附带达到脱水的目的。 ( 2) 溶剂吸收脱水法 溶剂吸收脱水主要用于使天然气水露点符合管输要求的场合, 一般建在集中处理站( 湿气来自周围气井或集气站) 、输气首站内或天然气净化厂脱硫装置的下游。它是利用某些液体物质不与天然气中的水分发生化学反应, 只对水有很好的溶解能力, 溶水后蒸气压很低且可再生和循环使用的特点, 将天然气中水汽脱出。此外, 这些脱水吸收剂对天然气中的水蒸气有很强的亲和能力, 热稳定性好, 粘度小, 对天然气和液烃的溶解度较低, 起泡和乳化倾向小, 对设备无腐蚀性, 同时价格低廉, 容易得到。工艺上常用的脱水吸收剂是甘醇类化合物( 二甘醇DEG 和三甘醇TEG) 和氯化钙水溶液。在实际中, 由于三甘醇脱水露点降大、成本低和运行可靠, 经济效益较好, 因此得到更广泛的应用。三甘醇脱水工艺主要由吸收和再生两部分组成, 图2 是其脱水工艺的典型流程。含水天然气( 湿气) 先经过进口分离器除去气体中携带的液体和固体杂质, 后进入吸收塔。在吸收塔内原料气自下而上流经各塔板, 与自塔顶向下流的贫甘醇液逆流接触吸收天然气中的水汽。经脱水后的天然气( 干气) 自塔顶流出。吸收了水分的甘醇富液自塔底流出, 与再生后的贫甘醇液换热, 再经闪蒸、过滤后进入再生塔再生。流程中设置的闪蒸罐可使部分溶解到富甘醇溶液中的烃类气体在闪蒸罐中分出。富甘醇在再生塔中提浓和冷却后, 流入储罐内, 供循环使用。吸收塔内, 气体和液体以逆流接触吸收的方式实现了传热和传质的过程, 保证了塔顶出口的天然气的脱水程度, 也使甘醇贫液塔底的含水量达到*大值, 从而充分利用了甘醇的脱水能力。有文献资料证实, 甘醇脱水装置可将天然气中的水含量降低到0.008g/m3。如果有贫液气提柱, 利用气提气进行再生, 天然气中的水含量甚至可降低到0.004g/m3。 ( 3) 固体吸附脱水法 固体吸附脱水法是利用某些固体物质表面孔隙可以吸附大量水分子的特点来脱除天然气中的水分。脱水后天然气水含量可将至1mg/L, 这样的固体物质有硅胶、活性氧化铝、分子筛等。天然气脱水工艺及英国肖氏公司进口水露点仪测试注意事项这些固体吸附剂被水饱和后, 易于再生, 经过热吹脱附后可多次循环使用。特别是有些情况下不适宜采用溶剂吸收脱水, 比如天然气是酸气、冷冻温度低于- 34℃的天然气加工、同时脱水和脱烃来满足水露点和烃露点的要求, 这时固体吸附脱水就显示出其优越性。在实际的生产中, 吸附法脱水主要用于天然气凝液回收、天然气液化装置中的天然气深度脱水, 防止天然气在低温系统中产生水合物堵塞设备和管道。目前用于天然气的吸附脱水装置多为固定床吸附塔( 或称干燥塔) 。为保证装置连续操作, 至少需要两个吸塔。工业上经常采用双塔或三塔流程。在双塔流程中, 一个塔进行脱水操作, 另一个塔进行吸剂的再生和冷却, 两者轮换操作。在三塔流程中, 一般是一塔脱水, 一塔再生, 另一塔冷却。分子筛因为具有很好的选择吸附性、高效吸附性能和高温脱水性能, 所以常常成为优选的固体吸附剂。下面我们就以分子筛作吸附剂的双塔流程来说明体吸附脱水的工艺原理.原料气自上而下流过吸附塔,吸附操作 进行到一定时间后,进行吸附剂再生.再生气可以用干气或原料气, 将气体在加热器内用蒸汽或燃料气直接加热到一定温度后,进入吸附塔再生。当床层出口气体温度升至预定温度时再生完毕。当床层温度冷却到要求温度时又可开始下一循环的吸附。吸附操作时, 气体从上而下流动, 使吸附剂床层稳定和气流分布均匀。再生时, 气体从下向上流动, 一方面使靠近进口端的被吸附的物质不流过整个床层, 还可使床层底部干燥剂得到完全再生, 从而保证天然流出床层时的干燥效果。吸附法的*大优点是脱水后的干气露点可至- 100℃, 相当于水含量为0.8mg/m3。管道输送由于种种原因, 在天然气进入长输管道之前, 总是含有饱和水汽。管道中有时扫线不彻底有游离水,或者饱和水汽在高压低温环境下冷凝出液态水, 诱使天然气生成水合物。通常, 管道中的压力是不容易降低的, 相反, 为了输送的目的, 往往还要加压。于是一般要求埋地输气管道所输送的天然气的水露点温度比输气管道埋深处的土壤温度低5℃左右。但即使这样在实践中也并不能排除水合物的生成, 于是就必须设法抑制。 

( 1) 管线加热 通过对管线加热, 使体系温度高于系统压力下的水- 水合物- 气三相平衡温度, 水合物受热分解,避免管线堵塞, 常见的作法是铺设电加热带, 加电量由热负荷、管线材料和管线长度决定。此种方法的难点是很难定位水合物堵塞的位置, 当找到水合物堵塞的位置开始加热时, 必须从水 合物块的两端向中间逐渐加热, 以免由于水合物的分解而致使压力、温度急剧增加, 造成管线破裂甚至水合物的喷发。分解产生的自由水必须除去, 否则由于水中包含大量的水合物剩余结构, 水合物会很容易再次生成。另外, 电加热中的电流变化还会引起腐蚀问题, 需要对加热的管线进行牺牲阳极保护。 ( 2) 降低压力 前面分析了, 通过降低体系压力来控制水合物的生成在实践中不容易实现, 是需要以牺牲其它为条件的。降压控制有三种极限情况: 等温降压, 压力十分缓慢地降低; 等焓降压, 压力迅速降低, 不发生热传递; 等熵降压, 压力通过理想膨胀机降低, 不发生热传递。实际的降压过程通常介于等温和绝热之间。降压操作*好在水合物堵塞块两侧同时进行,以维持两侧的压力平衡。如果仅仅降低一侧的压力是非常危险的。因为此时堵塞的水合物块会碎解成坚硬如冰的小块, 它们在管道内高压侧压力的推动下, 将以极高的速度流向低压侧。当其撞击到弯头或流元件时, 就会使管子损坏, 甚至使埋地管线露出地面, 造成严重事故。 ( 3) 添加抑制剂 通过向管线中注入热力学抑制剂, 破坏水合物的氢键, 提高水合物生成压力, 降低生成温度, 以此来抑制水合物的生成。*普遍被使用的天然气水合物抑制剂是甲醇和甘醇类化合物。醇的添加会影响气体水合物晶体的形态及结晶凝聚特征。天然气水露点仪技术对比及进口天然水气露点分析仪品牌的选择抑制效果取决于醇注入速率、注入时间、注入量等参数。甲醇由于沸点较低, 适宜用于较低温度的场合, 温度高时损失大, 其富液经蒸馏提浓后可循环使用, 但回收就不很经济了, 而且它具有毒性。甘醇类抑制剂( 常用的主要是乙二醇和二甘醇) 无毒, 沸点较甲醇高, 蒸发损失小, 一般回收再生后重复使用, 适宜于处理气量较大的管线。从工艺上分析水露点高的原因近年来, 随着塔里木油田天然气产量的增加和西气东输管网的运行,天然气脱水脱烃在油田得到 了广泛的应用, 现采用的天然气脱水脱烃方式有乙二醇加注及J- T 阀节流制冷相结合的脱水、脱烃方式和分子筛脱水、丙烷辅助制冷及膨胀机制冷相结合的方式回收轻烃, 这种脱水脱烃方式不但保证了管输天然气水露点的合格, 而且回收了大量的轻烃,用来生产液化气, 产生了巨大的社会效益和经济效益。乙二醇加注及J- T 阀节流制冷相结合的脱水、脱烃方式常用于天然气含水较少的贫气中, 而分子筛脱水、丙烷辅助制冷及膨胀机制冷相结合的脱烃方式制冷温度较低( 为- 89℃) 常用于天气含水较多的富气中。

这两种方式成功的应用, 为塔里木油田天 气的加工工艺的选择提供了较大余地。1 乙二醇加注及J - T 阀节流制冷这种制冷方式工艺较简单,水露点能达到- 30℃,但在生产过程中常存在着当制冷温度达到- 25℃烃醇分离效果差, 乙二醇损失增加, 主要是当制冷温度达到- 25℃以下低温时, 乙二醇水溶液的粘度逐渐变大, 起乙二醇发泡, 烃醇密度差变小, 烃醇不容易分离, 一部分氧化铝专用筛乙二醇会损失到烃里面, 从而影响乙二醇的回收, 为了减少乙二醇的损失, 常采取提高制冷温度或加消泡剂的方式来减少乙二醇的损失, 加的化学消泡剂常为长链烷基噻吩基酮类, 但化学消泡剂的选择难度较大, 添加甲醇也能起到消泡的作用,但甲醇易挥发, 回收难度较大, 从运行成本考虑, 常采取升高制冷温度和辅助加甲醇的方式。塔里木油田牙哈作业区凝析气处理站的天然气制冷温度设计为- 36℃, 而现在运行的制冷温度为- 18℃, 从而影响了水露点的进一步减低。2 分子筛脱水、丙烷辅助制冷及膨胀机制冷相结合的脱烃方式这种制冷方式工艺复杂, 经过分子筛脱水后的制冷温度可达到- 75℃, 水露点可达到- 90 ℃, 能够回收大量的轻烃。再生分子筛的再生气含有大量的水, 为了回收这部分天然气, 常采用将再生气冷却分离部分水后与经过分子筛脱水后的天然气混合后作 为合格气一起外输, 但由于再生气冷却脱水温度较高( 40℃) , 与经过分子筛脱水后的天然气混合后水露点升高, 从而影响了外输气的水露点。塔里木油田桑吉作业区吉拉克凝析气处理站经过分子筛再生后的天然气的水露点为- 70℃, 再生气的水露点为27℃, 两者混合后的水露点为6.7℃, 

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