天然气脱水脱烃方法介绍.docx

天然气脱水脱王协琴烃方法介绍（中国石油和石化工程研究会天然气专业委员会，四川 成都 610051 ）摘 要首先介绍了为满足天然气管输要求的脱水脱烃方法，即“浅脱”。认为对油田伴生气和凝析天然气宜采用注入水合物抑制剂的温降法，以同时满足在管输条件下对水露点和烃露点的要求；对不需要脱烃的气层天然气和经液体脱硫后的净化天然气，则宜采用三甘醇溶液吸收脱水的方法，以满足在管输条件下对水露点的要 求。其次还介绍了温降法脱水脱烃所用水合物抑制剂的相关情况。最后指出，进入脱水脱烃设备的原料天然气的 清洁度对该设备至关重要，因此务必精心设计和操作前置分离系统。关键词天然气 脱水 脱烃 水合物抑制剂中图分类号：TE644文献标识码：A（TEG）吸收法脱水。本文就温降法脱水作一介绍。2温降法该法系通过降低天然气的温度，将其中所含的 会影响天然气在管输条件下正常输送的那部分气相 水和 NGL 组分冷凝并分离出来，以满足外输气水露 点和烃露点要求的一种脱水脱烃方法。使用该法需 防止天然气在降温过程中生成水合物堵塞系统的设 备和管道，为此需要在天然气降温前注入水合物抑 制剂。降温方法可分为节流膨胀制冷降温和外部致 冷降温两种类型。前者要损失天然气自身的压力 能；后者虽然不会损失压力能，但天然气致冷需要 消耗电力。1概述本文所指天然气系油气田开采的伴生气和非伴 生气。要将天然气从油气田用管道输送出去，除了 要除去其中所携带的固体杂质和游离液体外，还必 须除去在输送条件下会凝结成液体的气相水（Water Vapour）和天然气液烃（NGL）组分。天然气脱水脱烃 即指脱除天然气中会影响其在输送条件下正常流动 的那部分气相水和GL 组分，以满足天然气在管输 条件下对水露点和烃露点的要求。这种只为满足输 气 要 求 的 脱 水 脱 烃 常 被 称 为 “ 浅 脱 ”（Shallow Cut）。本文只涉及“浅脱”的脱水脱烃，不涉及要 求尽可能多回收 NGL 组分的“深脱”（Deep Cut）的 脱水脱烃，以及为生产液化天然气（LNG）和车用压 缩天然气（CNG）燃料的深度脱水。但包括那些含 NGL 组分很少，不脱烃也能达到输气烃露点要求的 气层天然气（Gas Layer Gas）的脱水。对含有较多 NGL 组分的油田伴生气和凝析天然 气而言，能同时有效脱除其中水和烃的方法是温降 法，其中包括节流膨胀制冷法和外部制冷法；对不 需要控制烃露点的气层天然气而言，应视其具体情 况选用脱水方法。通常，在有自然压力能可供利用 的场合宜选用温降法脱水，反之则宜选用三甘醇2.1节流膨胀制冷节流膨胀制冷设备有 JT 阀、超音速分离器（3S）和膨胀机。其中，膨胀机因机组结构和运行都较 JT 阀和 3S 复杂，通常不适合用于“浅脱”工程，故不属本文介绍范围。2.1.1JT阀JT 阀在油气田上广泛用于有自然压力能可供利用的天然气“浅脱”设备。其工艺流程见图1。收稿日期：20090601作者简介： 王协琴（1942），本科，高级工程师 。现为中国石油和石化工程研究会理事、天然气专业委员会副主任兼秘书 长。电话：02887840215。天然气技术 51第 3 卷王协琴：天然气脱水脱烃方法介绍第 5 期1 E( )2） 天然气输出条件：输出压力为 2.5 MPa，输出温度为大于 0，水露点小于等于-10 （在 2.5MPa 压力下）。3） 计算结果：天然气进外输管线的压力为 2.5MPa， 温 度 为 24.8 ， 从 天 然 气 中 脱 除 水 4.7kg-molh 或 85 kgh （水为 100，不含水合物抑制剂），天然气水露点为-10 （在2.5 MPa 压力下）。显然，在该例条件下是不需要加注水合物抑制剂的。 = N G L (M r) / 45AI H 2 0+ (M r)图1 JT 阀节流制冷脱水脱烃流程图注：1、2. 换热器；3. JT 阀；4. 低温分离器；5. 三相分离器JT 阀系等焓节流降温设备 2 ，因此制冷效率 低，在相同压力降条件下温降小，但其脱水脱烃工 艺过程和设备都相对简单，易于实施。2.2 外部致冷对油田生产的伴生气而言，通常都没有可供气 体节流降温的自然压力能，而要将其升压后再节流 降温则又很不经济，这时大多采用外部致冷的方式 冷却天然气 4 ，将其中的会影响天然气输送的那部 分气相水和 NGL 组分冷凝并分离出来，以满足输气 的水露点和烃露点要求。油田用于外部致冷的冷剂主要有氨（NH3）和丙烷（N3H8）两种。其特点是：氨的 单位质量的制冷量比丙烷大得多，是最具经济价值的冷剂，但需要水冷；丙烷单位质量的制冷量虽然 比氨低得多，但可以采用空冷，并且“浅脱”装 置所需致冷用丙烷可很方便地从油田 NGL 分溜装置 得到，因此，在缺水地区建设“浅脱”装置时，致 冷系统使用丙烷作冷剂成为一种最佳的选择。尚需 说明的是，在严重缺水的戈壁滩和沙漠中，有一些 小型外部致冷的“浅脱”装置，为了简化系统和降 低一次投资费用而使用氟利昂作冷剂，但随着氟利 昴限用期限的到来，这些装置的氟利昂致冷系统将 停运。典型的外部致冷“浅脱”装置的工艺流程见图3。2.1.23 S3 S 是一种新型节流膨胀制冷设备 3 ，近年来用于天然气脱水脱烃取得很大进展。3 S 与 JT 阀的主要区别在于：天然气经 3 S 节流降温泠凝分离出会影响输送的水和 NGL 组分后，其经喷嘴节流损失的压力会大部分得以恢复，从而大大减少了天然气的压力损失。在相同压力降的情况下，3 S 具有比 JT 阀 大得多的温降，其制冷效率远高于 JT 阀，因此倍 受天然气开发商的青睐。其典型工艺流程见图2。 ( ) N G L ( M)/ ( M)5图 23S 脱水脱烃流程图注：1、2. 换热器；3. 超音速分离器（3S）；4. 低温分离器；5. 三相分离器需要说明两点： 用温降法达到的水露点和烃 露点是相同的； 用 3 S 脱除那些含 NGL 组分很少 的气层天然气水时，不一定需要加入水合物抑制 剂，从而更进一步简化了天然气脱水系统。以 3 S 脱除某气层天然气中水的一个例子说明如 下：1） 天然气进 3 S 装置的条件：天然气流率为120104m3d，天然气温度为 40，天然气压力为6.4 MPa，天然气组成如表1。1 E(i U) N G L ( )67 / 5 ( )图 3 外部致冷脱水脱烃流程注：1、2. 换热器；3. 蒸发器；4. 压缩机；5. 冷凝冷却器；6. 低温分离器；5. 三相分离器2.3IFPEX1IFPEX1 系法国研究开发的脱水脱烃新方法 5 ，表 1 某气层天然气组成表（%） CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 CO2 N2 H2O 97.67 1.06 0.32 0.16 0.05 0.45 0.05 0.22 52AI H 2 0 /4 123 4 N3 4 AI H 2 0132 /123总第 17 期天然气技术处理与加工2009 年其工艺流程见图4。AI H 2 0要，亦可将其降低到-100 （常压下），相当于绝对水含量 0.16 mgm3。 当天然气被冷却到-40 时，可保证外输天然气中的甲醇含量小于 60 mgL。 采用水洗可以回收 NGL 中 90% 以上的甲醇。IFPEX1 塔底排出水的甲醇含量可达到再利用要求，如有必要可使其小于50 mgL。从上可见，IFPEX1 也是在天然气中掺入甲醇水合物抑制剂的外部致冷脱水脱烃工艺，只是其采用的甲醇回收方式不同于通常的注甲醇外部致冷工 艺。 图 4 IFPEX1 脱水脱烃流程注：1. IFPEX1 塔；2. 换热器；3. 蒸发器；4. 低温三相分离器；5. 含水甲醇泵；6. 制冷剂压缩机；7. 制冷剂冷却器2.4 水合物抑制剂天然气采用温降法进行“浅脱”通常需要向其 中掺入水合物抑制剂，因此了解水合物抑制剂与了 解“浅脱”工艺同样重要。到目前为止，天然气 “浅脱”作业中使用的水合物抑制剂基本上还都是甲 醇和乙二醇等醇类热力学抑制剂，其作用机理是： 通过喷注并均匀分散于天然气中的醇与气相水结 合，以降低液面上的水蒸气分压，从而降低水合物 的生成温度。醇类热力学抑制剂被广泛用于油气田 已长达数十年，技术十分成熟、可靠，并积累了丰 富经验。但是，随着对脱水脱烃技术要求的不断提 高，醇类热力学抑制剂显现出以下不足： 用量 大，除了 IFPEX1 外，其他“浅脱”方法都需要设 置专门的抑制剂蒸馏回收系统，增加了“浅脱”作 业的复杂性。 由于甲醇所具有的毒性和蒸气压高 的特点，需要对甲醇含量以及排放废水中甲醇含量 实施严格的限制，这会增大甲醇抑制剂的使用成 本。为此，从上世纪 90 年代起，国内外就开始研究 用量少且成本不高，无毒害、不污染环境的新型非 热力学抑制剂，即低计量水合物抑制剂（Low Dosage Hydrate Inhibitor）。LDHI 的作用机理是延缓水合物 的生成，而不是改变其生成条件。当前，LDHI 主要 有动力学抑制剂（KI）和阻聚剂（AA）两类，其注入量 分别不超过水质量的 5%和 3%。KI 通常是含乙烯基 内酰胺结构的高分子聚合物，需要载体溶剂，并且 因受过冷度限制，在载体溶剂中的浓度不能超过5%，否则会因黏度太大而影响泵送和在天然气中的 分散；AA 虽然其使用不受过冷度限制，但只有在有 油时才能起到抑制作用。目前 LDHI 仍处于研发阶 段，要在油气田广泛使用，还必须解决诸如过冷经前置分离系统除去固体杂质和游离液体的进料 天 然 气 分 成 两 支 ， 其 中 一 支 作 为 气 提 气 进 入 IFPEX1 塔下部，从下向上流动，与来自低温分离 器的含水甲醇液逆流接触，将其中的甲醇全部气提 出来并随气提气从塔顶流出，与另一支进料天然气 汇合，进入低温系统冷却；从塔底排出的水量是为 满足水露点要求而从进料天然气中脱除的，可以回 收利用。塔顶流出的气提气中所含甲醇量足以防止 混合后的天然气在其后的管输和低温过程中生成水 合物。在低温过程中冷凝下来的烃和醇水混合物， 在一个低温三相分离器中进行分离。天然气的冷却 温度由外输天然气要求的水露点和烃露点决定，外 部致冷常用的制冷工艺和制冷剂都可用于 IFPEX1 装置的致冷。IFPEX1 与其他喷注水合物抑制剂的外部致冷 脱水脱烃工艺想比，具有以下优点： 不需要另设 甲醇再生系统，因而没有加热设备，不仅简化了工 艺流程和设备，而且大大增强了脱水脱烃作业的安 全性； 无废气排出，不会对大气造成污染； IFPEX1 塔底排出的水已脱除了甲醇和烃类，可以 直接回收进行再利用； NGL 中所含甲醇可通过简 单水洗回收，对 NGL 的进一步处理和加工不会带来 不利影响； 由于是低温系统，因此甲醇不降解， 不腐蚀，不起泡； 除 IFPEX1 塔较高外，其他 设备重量轻、体积小，因此是海上和空间受限场所 实施脱水脱烃作业的理想方法。IFPEX1 塔可以安 装在远离制冷系统的适当的地方，譬如海上的井口 平台上。IFPEX1 的主要技术指标： 外输天然气的水 露点和烃露点完全能满足长距离输送要求，如有必天然气技术 53( )15 R$ 2374N G L ( )6+R$ () F /第 3 卷王协琴：天然气脱水脱烃方法介绍第 5 期度、抑制时间等问题。冰冻线以下，也就是说输气的环境温度为 0。为确保输气管道正常输气，必须将天然气在输送压力下的水露点和烃露点控制在0以下，即-5.6。2） 对油田伴生气和凝析气，需要同时控制其水露点和烃露点；对含很少 NGL 组分且不脱烃也能达到输气烃露点要求的气层天然气和经液体脱硫后的净化天然气，则只需要控制水露点。3） 在有自然压力能可供利用的场合，无论是需 要同时脱水脱烃或只需要脱水，都宜选用温降法； 反之，对需要同时脱水脱烃而言，宜采用外部致冷 法，对只需脱水而言，宜采用TEG 吸收法。4） 天然气水合物抑制剂有醇类热力学抑制剂和 LDHI 两类。前者技术成熟、可靠，但用量较大；后 者用量虽小，但尚处于研发阶段。在水合物抑制剂 选用上要慎重，应着重看有无成功的工业规模的使 用实绩。5） 进入脱水脱烃设备的原料天然气的清洁度， 对任何脱水脱烃设备的长期、稳定运行来说都是至 关重要的。原料天然气越清洁，操作运行出现的困 难就越少，设备的运行周期也就越长。因此，务必 精心设计和操作前置分离系统，将原料天然气所携 带的固体和液体杂质脱除干净。3TEG 脱水这里介绍的 TEG 吸收法脱水系用于不脱烃也能 满足输气烃露点要求的不含硫天然气的脱水，包括 不含硫的气层天然气的脱水和天然气净化厂中经液 体脱硫后的净化天然气的脱水6。二者的工艺方法、 设备、仪控系统都相同，其典型工艺流程见图5。:J c () )7 * *J 图 5 TEG 脱水流程图注：1. 脱水塔；2. 闪蒸罐；3. 机械过滤器；4. 活性炭过滤器；5. 精馏塔；6. 再生釜；7. 冷却器；9. 分液馏；10.压缩机TEG 吸收法脱水在油气田使用已长达数十年，技术成熟可靠，设计已实现标准化或定型化。对不含硫气层天然气的脱水而言，至关重要的是必须认 真按技术要求操作前置分离系统，务必将天然气中 携带的游离水脱除干净，以防止液态水进入脱水塔 稀释 TEG 溶液，从而增大其循环量和溶液再生系统 的热负荷、燃料气用量以及气提塔负荷导致操作紊 乱等，其结果是增大了 TEG 的损失，并影响外输商 品天然气的含水量。另外，液态水中所溶解的盐类 会在重沸器换热管表面沉积，大大降低传热效率， 并最终烧坏传热管而导致装置停车。前置分离系统 的分离效果还与采气作业有关，采气作业不当就可 能将大量液体带入前置分离系统。在这种情况下， 设计得再好的前置分离系统都无法发挥其正常功 能，因此应有效防止液态水进入脱水塔给脱水作业 带来危害。对脱硫厂净化气的 TEG 脱水则比较简单，只要 其上游的液体吸收法脱硫装置运行正常，TEG 脱水 装置就能正常运行。参考文献1 王协琴. 含硫天然气脱水J.天然气技术，2009，3（2）：5153.2 徐文渊，蒋长安. 天然气利用手册（2 版）M. 北京：中国石化出版社，2006.3 王协琴，罗小果，孙玉梅. 超音速分离器： 天然气脱水脱烃的新型高效设备J. 天然气技术，2007，2（5）：6367.4 王协琴. 柯克亚油田天然气脱油脱水装置简介J. 天然气与石油，10（4）：1517.5 谢广禄，刘光宇. IFP 甲醇脱水工艺与分子筛脱水工艺的比较J. 天然气技术，2007，1（3）：56.6 王协琴. 卧龙河天然气净化厂介绍（上）J. 炼油设计，1982（4）：4142.（编辑：陈钰）4结论1） 世界上的天然气 80以上是通过钢质管道在 压力下进行输送的，输气管道被设计敷设在土壤的541 01E *9 1T/ 6*T E GJ T 4 12385 ( )AI H 2 0天然气技术result should be taken into consideration because different indexeshave different importance. However, in an actual calculation, theplan is evaluated by a definite weighted value based on theimportance, and uncertainty of weighted value is not concerned. Inthis paper, the index weight with uncertainty is showed in a form ofinterval number in order to improve accuracy and credibility ofplan. Meanwhile, an interval numerical model to optimallyevaluate this plan is established. In addition, this model has beentestified by some cases.KEY WORDS: gas-transmission pipeline, design plan, indexes,interval algorithm, comprehensive evaluationtheory, various factors that cause reciprocating compressor failureare analyzed and the fault tree for failure is established.Twenty-one minimuml cut sets that bring about the failure areobtained through qualitative analysis of fault tree. Meanwhile, theprobability of top event is determined by qualitatively analyzingthe occurrence probability of minimal cut sets.KEY WORDS: reciprocating compressor, fault tree, diagnosisReasons and Measures for InsulationDamage in Conversion FurnaceBy GOU Cheng-wu, QU Zhong-hua and CHEN Xu-hua ABSTRACT: At first, this paper presents some information about conversion furnace including insulation structure, insulation damage, melted steel plat at the top furnace, burner brick rupture, insulation collapse of both furnace door and anti-explosive hole along with exfoliating insulation coatings of furnace wall. And then, some reasons are also studied. At last, some measures are put forward, including to remove burner brick, to change a new insulation at the top, to modify burner structure, to increase a thickness of insulation at the top, to reweld damaged steel plate, to change fireproof brick to high temperature-resistant folding brick with zirconium and to add an angle-iron damper as well as to brush high temperature-resistant coatings at insulation surface. KEY WORDS: conversion furnace, damage, rupture, collapse, reformDehydration and Dehydrocarbon Methods for Natural GasBy WANG Xie-qinABSTRACT: In this paper, dehydration and dehydrocarbonmethods meeting the requirements of gas-transportation pipelinesare presented. A cooling method to inject hydrate inhibitor shouldbe adopted for associated gas and condensate gas tosimultaneously meet the demands for water and hydrocarbondewpoint in pipeline transportation. For both formation gas whichhas no use to dehydrocarbon and purified gas with liquiddesulfurization, a dehydration method of triethylene glycol solutionabsorption should be adopted in order to meet the demand forwater dewpoint. Moreover, the inhibitor is also presented. At last,this paper also points out that the cleanliness of raw gas is highlyimportant to the dehydration and dehydrocarbon units. Therefore,the pre-separation system should be designed and operatedelaborately.KEY WORDS: natural gas, dehydration, dehydrocarbon, hydrateinhibitorEnergy-saving Technology for RecoveryUnit of Light HydrocarbonBy WANG WeiABSTRACT: To recover light hydrocarbon from gas which is richin condensed liquid component is an important way to raise anadded value of natural gas. A large amount of energy will beProblems and Countermeasures ofNatural Gas Pipeline Safe OperationBy YI Tu-yun, PU Lei-ye and BAO Zi-xiangCityABSTRACT: According to gas pipeline operation status inChongqing Gas Field of PetroChina Southwest Oil & GasfieldCompany, combined gas pipeline security status of Chongqing city,the problems existing in the course of gas pipeline operation arediscussed. Based on the results of discussion, suggestions ondeepening understanding of pipeline protection, strengthening lawenforcement accountability in pipeline protection are put forward.KEY WORDS: natural gas pipeline, security status, third-partyinterference, building violationsCleaner Production in Natural Gas Purification PlantBy LI Xin-yan, CAI Zhi-xing, YUAN Xiao-hua,Zhi-gang，MA Si-ping and GONG Xiao-liangWANGABSTRACT: This paper illustrates the cleanerproduction inNo.