天然氣低溫脫水復溫外輸技術(shù)應用研究論文
摘 要：文章針對中高壓氣田開(kāi)發(fā)中后期，因為生產(chǎn)井壓力逐漸遞減，大部分氣井壓力將不能滿(mǎn)足節流膨脹制冷所需壓差，從而達不到低溫分離條件的普遍情況，對利用小壓差節流低溫脫水復溫外輸工藝進(jìn)行了初步應用研究。
關(guān)鍵詞：脫水；天然氣；制冷；節流
1 天然氣脫水技術(shù)
從油氣井流出的天然氣，一般含有飽和量的水蒸氣，有的含有相當數量的H2S和CO2等酸性氣體。氣體中存在過(guò)量的水汽不僅減少商品天然氣管道的輸送能力和氣體熱值，而且在油氣田集氣和氣體加工過(guò)程中由于氣體工藝條件的變化引起水蒸氣凝析，形成液態(tài)水冰或固態(tài)氣體水合物，從而增加集氣管路壓降，嚴重時(shí)將造成水合物堵塞管道，生產(chǎn)被迫中斷。當氣體中含有酸性氣體時(shí)，液態(tài)水更會(huì )加速H2S和CO2對管道和設備的腐蝕。因而，油氣田生產(chǎn)的天然氣一般總需要脫水，以滿(mǎn)足氣體后續加工工藝、管輸和商品天然氣對水含量的要求。天然氣的脫水方法一般可分為重力沉降法、溶劑吸收法、固體吸附法、低溫冷凝法和膜分離法等。氣田天然氣凈化脫水一般采用低溫分離、固體吸附和溶劑吸收三種方法。
2 低溫脫水復溫外輸的應用研究
2.1 小壓差低溫脫水復溫外輸工藝研究的意義
低產(chǎn)氣田集輸工程按照壓力遞減特點(diǎn)將開(kāi)采期劃分為有效利用地層壓力進(jìn)行處理和輸送的高壓穩產(chǎn)期、采用適當工藝延緩外冷和增壓時(shí)機的中低壓過(guò)渡期以及外冷脫水、增壓外輸的低壓開(kāi)采期等三個(gè)階段。低產(chǎn)氣田開(kāi)發(fā)的價(jià)值是通過(guò)建設、運行、銷(xiāo)售等成本的綜合控制，最終達到預期的效益目標。具體到地面集輸系統來(lái)說(shuō)，除基本建設投入外，運行成本的控制是不可忽視的效益增長(cháng)點(diǎn)。因此，在制定具體工藝方案時(shí)，必須全面考慮資源的綜合利用。
對于低產(chǎn)氣田來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)前期氣井壓力較高，采用高壓集氣和節流膨脹制冷脫水工藝充分利用了地層能量，達到了節能降耗目的。隨著(zhù)氣井壓力逐年遞減，當自然能量不能夠滿(mǎn)足節流膨脹后達到脫水所需的溫降時(shí)，可以采用兩種方法達到低溫脫水目的：第一，采用冷劑制冷方式對所需冷量加以補充，這需要以消耗電能作為代價(jià)；第二，采用降壓開(kāi)采方式保證有足夠壓差實(shí)現節流膨脹制冷。無(wú)論采用以上哪種工藝，天然氣低溫脫水后，如不復溫后輸送，所攜帶的冷量將白白浪費。因此，天然氣脫水后的冷量回收不但可以有效降低氣田高、低壓采氣過(guò)渡期系統能耗，而且通過(guò)適當的工藝規劃，還可以起到延緩增壓時(shí)機的作用。
2.2 小壓差低溫脫水復溫外輸工藝原理
天然氣小壓差低溫脫水工藝復溫外輸就是通過(guò)一個(gè)小壓差節流使天然氣產(chǎn)生一個(gè)小溫降，以此溫降作為換熱器冷端溫差。選取足夠大的換熱器面積，使原料氣在此小冷端溫差下經(jīng)換熱產(chǎn)生足夠大的溫降，以滿(mǎn)足天然氣脫水的要求，從而實(shí)現脫水后低溫天然氣攜帶冷量的有效回收。
穩產(chǎn)期后當地層壓力不能完全滿(mǎn)足節流脫水條件時(shí)，采用設計端面溫差2-3℃的高效換熱器回收外輸氣冷量，并通過(guò)原料氣富余的0.6-1.0MPa小壓差節流產(chǎn)生的小溫降，使原料氣滿(mǎn)足天然氣脫水的要求。
當開(kāi)發(fā)后期無(wú)地層壓力可利用時(shí)，僅僅利用換熱器將進(jìn)站天然氣與低溫分離后的天然氣進(jìn)行換冷和小壓差節流制冷已不能滿(mǎn)足脫水要求，但換熱器回收的冷量依然可以有效降低外冷機組蒸發(fā)器熱流入口溫度，減小外冷機組功耗，滿(mǎn)足天然氣脫水和節能降耗的要求。
采用HYSYS軟件對復溫外輸低溫脫水工藝進(jìn)行了穩態(tài)模擬，HYSYS推薦傳熱公式
假設在不增壓條件下集氣站最低外輸壓力4.2MPa，低溫脫水溫度-15℃（節流后），原料氣溫度18℃，模擬計算投產(chǎn)后正常運行所需節流壓差與換熱面積見(jiàn)表2-1。
通過(guò)模擬得出了總換熱系數與換熱面積的乘積KF值，換熱面積可由換熱器生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的總換熱系數后得出，從而為換熱器選型提供依據。
2.3 實(shí)施低溫脫水復溫外輸工藝的技術(shù)關(guān)鍵
實(shí)施復溫外輸低溫脫水工藝必須解決兩個(gè)方面關(guān)鍵問(wèn)題：
2.3.1 掌握工藝流程啟動(dòng)及運行規律
工藝流程啟動(dòng)是一個(gè)流體冷量積聚達到換熱量平衡的過(guò)程，換熱面積一定的前提下，為滿(mǎn)足脫水要求，并保證流體安全工作在流程設計溫度范圍內，需根據入口壓力變化情況分階段進(jìn)行調整。
2.3.2 合理進(jìn)行預冷換熱器選型及工藝設計
�。�1）抑制水合物生成。生產(chǎn)過(guò)程中，當壓力不變時(shí)，溫度必須過(guò)冷到理論平衡溫度以下若干攝氏度，并經(jīng)一定誘導時(shí)間才能形成水合物晶核。低溫脫水工藝條件下，生成水合物的臨界溫度是15℃左右，原料氣經(jīng)預冷換熱器與外輸干氣換熱后，溫度一般控制在-10～-12℃。有關(guān)工業(yè)實(shí)驗報告也表明，過(guò)冷度不超過(guò)7.49℃時(shí)，一般不形成水合物；而過(guò)冷度超過(guò)11.1℃時(shí)，在25min以?xún)龋ㄉ踔了查g）就會(huì )形成水合物。因此，必須在預冷前向原料氣中加注水合物抑制劑。同時(shí)，預冷換熱器原料氣流道和流速設計應有利于排液。
�。�2）防止凝析油乳化。
�。�3）防止雜質(zhì)聚集。
�。�4）工藝流程保冷。
參考文獻
[1] 姚光鎮主編.輸氣管道設計與管理[M].東營(yíng)：石油大學(xué)出版社， 2009.
[2] 馮叔初，郭揆常編.油氣集輸與礦場(chǎng)加工[M].東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，2006.
[3] 李虞庚等編.氣田地面工程設計[M].東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，2010.
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