低溫分離工藝乙二醇注入系統的研討

第24卷第3期天然氣與石油Vol 24, No. 3006年6月Natural Gas And OilJun.2006低溫分離工藝乙二醇注入系統的研討胡益武l,胡玲1,劉慧敏1,程林1,王金山2(1中國石油工程設計有限公司西南分公司,四川成都610017;2中國石油塔里木油田分公司新疆庫爾勒841000摘要:在低溫分離工藝中注入水合物抑制劑是為了防止水合物的形成,堵塞設備和管道根據乙二醇的物理性質(zhì)選用乙二醇作為低溫分離工藝的水合物抑制劑。文章就整個(gè)工藝中所涉及的主要問(wèn)題:乙二醇注入點(diǎn)的選擇;乙二醇的注入濃度的確定;乙二醇注入量的確定;乙二醇的注入設施即注入噴嘴進(jìn)行了詳細的闡述,關(guān)鍵詞:乙二醇;注入點(diǎn);注入濃度;注入量;噴嘴文章編號:10065539(2006)03-001903文獻標識碼:A料天然氣中,便可使該天然氣形成水合物的冰點(diǎn)溫1低溫分離抑制劑的選擇度大大降低,至少可在其操作運行溫度范圍內不形成水合物。通過(guò)對抑制劑注入系統的研究,需要達到的目在工業(yè)上,既要這類(lèi)物質(zhì)容易得到,又要成本較的是確定抑制劑注入點(diǎn),注人的濃度是多少,注入低,通常多采用醇類(lèi)物質(zhì)。圖2為醇液的冰點(diǎn)圖,從的量是多大噴嘴噴出的抑制劑是否均勻和呈霧狀。圖2中可以看出,只要保證注入前醇液的濃度(習慣由于低溫分離工藝的天然氣最低操作溫度比較上叫貧液)和注入后醇液的濃度(習慣上叫富液)所低(一般為-20℃以下),而原料天然氣的水合物形對應的冰點(diǎn)在低溫分離工藝的操作溫度以下且應有成溫度一般為10-20℃(圖1為克拉2氣田原料天定的裕量,該裝置就不會(huì )有水合物形成。然氣水合物形成圖)。也就是說(shuō),若不在原料天然氣抑制劑通常采用乙二醇和甲醇,由于甲醇的揮中注入抑制劑物質(zhì)該天然氣在低溫分離工藝的過(guò)發(fā)性較大在低溫分離器中的損失量較大,約為乙二程中將會(huì )有水合物形成水合物將堵塞設備或管道,醇的50倍,并且其毒性較大,甲醇比乙二醇再生系影響裝置的正常操作和安全平穩運行。統較復雜。經(jīng)綜合比較克拉2氣田中央處理廠(chǎng)所選1600e+004用的抑制劑為乙二醇。下面以乙二醇為例,對抑制1,200e+004劑注入系統進(jìn)行研究。相包絡(luò )線(xiàn)000e+004水合物形2乙二醇注入點(diǎn)的選擇4000并不是只要向原料天然氣中注入了抑制劑,就0.00001500-1000-500000000500010001500可以防止水合物生成,其注入點(diǎn)的選擇非常重要。溫度t℃是要保證注入的抑制劑與天然氣混合均勻,不要圖1原料天然氣水合物形成圖有些地方多,有些地方少;二是要保證注入的抑制劑有一些物質(zhì)(此處特指抑制劑)的冰點(diǎn)溫度非常成霧狀,以便抑制劑與天然氣充分接觸,起到真正抑低,可在-40℃以下,若把該類(lèi)物質(zhì)注入到上述的原制水合物生成的作用。收稿日期:2005-1109作者簡(jiǎn)介:胡益武(1972),男,四川鄰水人,工程師,學(xué)士,畢業(yè)中國煤化工事于石油、天然氣工程設計工作。電話(huà):(028)86014920。THCNMHG天然氣與石油2006年合物形成使裝置能安全平穩地運行。故乙二醇注入點(diǎn)選擇在預冷器的管板上,見(jiàn)圖2114所示。3乙二醇注入濃度從圖2(醇液冰點(diǎn)圖)可以看出,不同質(zhì)量濃度%(m)的同種醇類(lèi)(橫坐標),其冰點(diǎn)(縱坐標)也不同。其共同點(diǎn)是在低濃度點(diǎn)和高濃度點(diǎn)之間,冰點(diǎn)較低。因此,抑制劑注入后的濃度(富液)必須在某個(gè)濃度值(對于乙二醇該值大約在50%(m)以上,才能保證整個(gè)系統不會(huì )有水合物形成40.0抑制劑溶液的冰點(diǎn)必須低于系統中的最低溫0102030405060708090100醇質(zhì)盤(pán)百分數/(%)m)度,從圖2中可以看出,當乙二醇注入量一定時(shí)注入的濃度越高冰點(diǎn)越低;同時(shí),乙二醇注入的濃度越圖2醇液冰點(diǎn)圖高,再生的成本將會(huì )增加,因此乙二醇注入的濃度不注:EG.乙二醇;DEG,二甘醇;TEG.三甘醇;TRFG四甘醇抑制劑注入點(diǎn)一般有兩處:一是在原料天然氣必太高,一般約為75%-85%(m)2)。的管道上注入(如圖3);二是在預冷器的管板上注4乙二醇注入量乙二醇注入點(diǎn)抑制劑注入量的多少對低溫分離工藝非常重要,多了注醇泵的功率消耗較大浪費能源;少了有可能生成水合物。首先根據產(chǎn)品天然氣的組成和低溫分離溫度確定水合物冰點(diǎn)降低的度數(△t)和低溫分離器中的凝析水量,然后采用1939年發(fā)表的 Hammer-schmidt算式,確定富液的最小濃度,最后根據抑制劑富液的濃度、貧液的濃度和凝析水量,即可得出需圖3乙二醇注入點(diǎn)在預冷器進(jìn)氣管道上的示意圖要的抑制劑的注入量31乙二醇注入點(diǎn)抑制劑的注入量要考慮到以下因素:a原料氣帶入系統的游離水;b醇的蒸發(fā)損失;c醇在凝析油中的溶解損失;d其他偏差等,并應有適當的裕量。5乙二醇注入噴嘴圖4乙二醇注入點(diǎn)在預冷器管板上的示意圖抑制劑的注人點(diǎn)注入濃度和注入量確定后,注若按圖3的注入方式,在天然氣進(jìn)入預冷器前人抑制劑設施,即注入噴嘴的操作工況就是一個(gè)的管道上注入乙二醇,由于在預冷器中有很多根管較關(guān)鍵的問(wèn)題。束,有可能因乙二醇的分布不均導致部分管束中天然氣不含乙二醇或含量較少,這樣就容易在管束中5.1影響噴嘴性能的因素形成水合物,堵塞管束,影響生產(chǎn)。按圖4的注入方影響噴嘴性能的因素主要有噴液角度、噴液量式,將乙二醇注入到預冷器的管板上,只要調整好噴噴液嘴的位置(該項工作須做噴射試驗),即可將乙二醇51中國煤化工均勻地注人到預冷器中的管束內,因此就不會(huì )有水CNMHG形成的夾角。在第24卷第3期胡益武,等:低溫分離工藝乙二醇注入系統的研討21實(shí)際應用中,噴液角度從5到170°不等,在同樣壓在噴水試驗中選擇流體壓差可選用參考文獻所介差下,噴液角度越小,噴液強度越大,在距噴嘴同樣紹的壓差數據。距離的情況下,噴液覆蓋面積越小5.26噴射距離5.1.2噴液量當其他結構參數確定的條件下,噴射距離越近,噴液量即噴嘴的流量取決于噴嘴的壓力通常噴射覆蓋的范圍愈廣,噴射的打擊力越小,混合力度噴嘴的壓差越大,噴液量越大。試驗中得到的是以越弱?？紤]到噴嘴是安裝在換熱器內部,噴射距離水為介質(zhì)的流量。液體的噴液量大致與相對密度成不宜過(guò)近以不超過(guò)800mm為宜4(具體距離應在反比;液體壓力增大時(shí),噴液量會(huì )增大,噴液量與液噴水試驗中得到)。體的壓力的平方根成正比例。5.1.3噴液形狀5.3噴嘴結構研究噴液形狀是指噴液的斷面形狀,根據使用的目為提高耐磨性和防腐性能,通常選擇黃銅和不的、用途的不同和噴嘴的結構形式的不同,通常有空銹鋼作噴嘴材料考慮到黃銅的強度較低,螺紋容易心錐形、實(shí)心錐形、液柱流和扇形等形式。在噴嘴結受到破壞故可選用316L不銹鋼材料。構形式確定的情況下,壓力對噴液形狀有一定影響,噴嘴結構為可拆式,分為管箍和噴嘴體。這種當壓力低于額定壓力時(shí),噴液形狀傾向于變小拆分式結構便于直接更換噴嘴體設備的使用壽命5.1.4噴液液滴大小為15年以上,而噴嘴的使用壽命一般不超過(guò)3年,噴液液滴越小抑制劑和天然氣混合越均勻。這樣做減少了維修的工作量。管箍可直接連接到進(jìn)噴液液滴大小通常以體積中徑表示。液滴直徑通常料管,噴嘴體通過(guò)螺紋與管箍連接。噴嘴體的內腔在20-4000mo液滴直徑依噴嘴的類(lèi)型、噴液壓采用逐漸過(guò)渡的結構使流體通過(guò)噴嘴最小直徑時(shí)力和噴液量而變化。噴液壓力越小液滴直徑越大;達到最大速度噴嘴的出口處為錐形,流體達到此處流量越大,液滴直徑越大時(shí)面積突然增大使得液體突然爆裂為直徑很小的另外液體的粘度、密度、溫度和表面張力都對薄霧,從而保證噴出的液體與天然氣均勻混合。噴嘴的性能也有一定影響。噴嘴外形,見(jiàn)圖5噴嘴噴射,見(jiàn)圖6。5.2噴嘴參數的選擇5.2.1流量所需抑制劑的流量應根據工藝模擬所需的量而定,是固定參數。5.2.2噴液形狀圖5噴嘴外形圖圖6噴嘴噴射圖由于實(shí)心錐形具有噴射區域為圓形,分布均勻的特點(diǎn)雖然液滴直徑最大但由于實(shí)際條件的限6結束語(yǔ)制,加上換熱器斷面為圓形因此實(shí)心錐形噴液形狀最為合適。乙二醇作為抑制劑應用至今,由于其抑制水合5.2.3噴嘴孔徑物形成的效果顯著(zhù),且具有工藝簡(jiǎn)單、無(wú)污染、效果根據流量大小確定為24mm好等特點(diǎn)使其在低溫分離工藝中得到廣泛應用524噴射角度為了使抑制劑和天然氣混合均勻,過(guò)大的噴角參考文獻會(huì )使噴射邊緣的液體分布較少,可暫取為30(具體[11 Engineering data. Gas Processors Sippliers Association角度應在噴水試驗中得到)。5.2.5流體壓差[2] DEP Glycol-type Gas Dehydration and Hydrate Inhibition流體壓差越大,噴出的液體越容易形成霧狀,但[3]ystems 1996[S會(huì )增大附屬設施的投資,而且會(huì )大幅提高生產(chǎn)裝置4]中國煤化工的操作費用;壓差過(guò)小,達不到均勻混合的目的,應YHCNMHG