天然氣的低溫處理方法

第12卷第5期中國海上油氣(工程Vol 12, No 52000年10月CHINA OFFSHORE OIL AND GAS(ENGINEERING)oet.,2000天然氣的低溫處理方法劉培林海洋石油工程股份有限公司設計公司,天津塘沽,300452摘要低溫分離,是利用地層本身能量節流降壓制冷,用低溫分離方法脫除天然氣中凝液的處理工藝。其特點(diǎn)是工藝流程及設備簡(jiǎn)單,運行可靠,維修方便,操作范圍彈性大,適用于髙壓大流量條件,流量和壓力易于調節。當地層壓力下降過(guò)低時(shí),該制冷工藝不適用。關(guān)鍵詞低溫分離器水合物脫水露點(diǎn)加熱盤(pán)管所謂低溫分離,即分離裝置的操作溫度在0℃以下進(jìn)行的氣液分離作業(yè)。天然氣通過(guò)低溫冷卻可回收更多的液烴。圖1為典型的低溫分離工藝設計圖。低溫分離器工作原理低溫分離器是一種利用井下液氣流的高流溫來(lái)融化已形成的水合物的格氣體種設備。低溫分離器由于工作在低氣/氣熱交換器合物形成溫度溫條件下,它可以穩定冷凝液;與多級閃蒸分離器相比,它可以回收更多的中間烴類(lèi)成分。井口來(lái)大然氣J-T閥熱盤(pán)管設計低溫分離器,要使它允許生成水合物,但在水合物填塞下游設備前,又必須能借助流入氣流的熱能融凝液和水化水合物。冷凝液低溫分離器的作用與冷凝穩定器樣。自然的冷回流作用,存在于由圖1典型的低溫分離工藝設計圖液相分離出的氣體上升和物流入口冷凝液的下降之間,其中較輕的烴類(lèi)又進(jìn)人到分離氣體中較重的組分則再冷凝。另外進(jìn)入低溫分離器內部節流器下游的氣體溫度越低,液態(tài)回收的中間烴類(lèi)越少,其蒸氣壓也越低。這就是為什么在某些情況下,或許需要在盤(pán)管入口氣流的上游加熱或補充一些熱量給液體以降低液體的蒸氣壓的緣故總之,在較低的分離器溫度下,可以從氣體中清除更多的液體,適當地給底部加熱可融化水合物,再汽化較輕組分,以使它們同銷(xiāo)售氣結合,而不是將它們以液體形式在低壓下閃蒸。冷回流液會(huì )再冷凝那些可能在加熱工藝條件下被汽化的重質(zhì)組分,并防止它們損失到氣流中。2低溫分離工藝流程描述如圖1所示,對井口來(lái)的氣體先初步進(jìn)行氣液分離,使氣中的凝液和水分離掉。高壓氣體流進(jìn)入低溫分離器后,通過(guò)盤(pán)管快速冷卻再經(jīng)氣/汽熱交換器進(jìn)一步冷卻;通過(guò)溫度控制器,使其溫度控制在水合物形成的溫度以上,然后經(jīng)節流閥(J-T閥)降壓進(jìn)入低溫分離器。在此液體進(jìn)入低溫分離器的底部。中國海上油氣(工程)000年生時(shí),溫度將低于水合物形成點(diǎn);此時(shí),水合物也可生成但它們落入分離器底部并被加熱盤(pán)管所融化,所以水合物不會(huì )堵塞節流器注意:如果物流中存在烴類(lèi)液體,在經(jīng)過(guò)節流閥后它將會(huì )降低溫度降,因此不希望物流在進(jìn)入低溫分離器節流閥之前出現液體。因為當氣體節流膨脹后,在溫度降至低于水合物形成點(diǎn)時(shí),冷凝水在低溫分離器的節流器會(huì )結冰,通過(guò)節流器的烴類(lèi)液體并不有助于絕熱膨脹,只會(huì )放出熱量,降低膨脹氣體的凈制冷效果。3低溫分離器的內部設計考慮3.1節流器設計節流器的設計與常規的氣體處理系統不同。節流器設置在分離器的內部,氣體經(jīng)節流器后產(chǎn)生水合物。節流器的內部設計使水合物不易聚集,水合物將被分離器底部的液體沖洗,并被分離器內部設置的熱盤(pán)管所融化。這種特殊的設計是這個(gè)裝置操作性能的關(guān)鍵。32低溫分離器的操作溫度在低溫分離器中,油氣分離器的操作是在水合物的形成溫度以下進(jìn)行的,且必須形成水合物。另外,節流器前的溫度必須控制在水合物形成溫度之上。水合物的溫度可查找有關(guān)天然氣水合物溫度的曲線(xiàn)。3.3分離器內加熱盤(pán)管為融解分離器底部的液體通常在分離器底部設置加熱盤(pán)管,使節流后形成的水合物得以融化。高壓入口氣流通常作為加熱盤(pán)管的加熱介質(zhì),另外熱源也可以通過(guò)別的途徑提供,如熱水或燕氣等。4低溫分離技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)低溫分離裝置的優(yōu)點(diǎn)是:(1)流程簡(jiǎn)單易實(shí)現自動(dòng)化;(2)設備緊湊;(3)操作范圍彈性大,適用于高壓大流量條件,流量和壓力易于調節;(4)提高了凝析油回收率;(5)如果有足夠的壓力降,脫水效果會(huì )很好;(6)如果有足夠的壓力降它將是最有效最經(jīng)濟的脫水方法;(7初始投資比較低投產(chǎn)快,容易維護。缺點(diǎn)是:(1)必須有大的壓力降,才能滿(mǎn)足通常水露點(diǎn)和烴露點(diǎn)的冷凝要求;(2)隨著(zhù)壓力下降,效果降低;(3)隨著(zhù)井口溫度升高效果降低;(4)在進(jìn)入分離器之前,為防止水合物生成,必須將操作溫度控制在非常接近水合物溫度點(diǎn),并保持最大的脫水要求。5用途低溫分離技術(shù)的采用,取決于氣田實(shí)際去用戶(hù)儲量、采收率及凝析氣田的特點(diǎn)。例如,我國四川的凝析氣田已經(jīng)成功地使用了該低節流器溫分離技術(shù),較之常溫分離技術(shù),其凝析油采收率成倍提高。很多情況下,天然氣靠節流降壓、低溫分離使其烴露點(diǎn)和水露點(diǎn)降井口來(lái)天然氣盤(pán)管加熱器低,以滿(mǎn)足管輸要求和天然氣用戶(hù)要求,另外這也是天然氣處理系統的節能措施之一。冷艇液太閉式排放系統例如,我國南海某氣田擬在井口平臺上利用平臺本身生產(chǎn)的高壓天然氣,經(jīng)節流降壓、圖2某氣田儀表氣處理系統流程圖冷凝處理,使天然氣的露點(diǎn)降低,以滿(mǎn)足平臺氣動(dòng)儀表、氣動(dòng)泵及控制網(wǎng)的要求。它取代了我國大部分海上油氣田平臺使用的壓縮空氣系統,節省了空氣壓縮機系統的投資,同時(shí)它利用了氣田本(上接第38頁(yè))從井口管匯或計量分離器來(lái)的天然氣,大多數是被水和凝析油飽和了的天然氣,當壓力降低時(shí),會(huì )出現凝析液,而凝析液必須除去。除去凝析液的方法是通過(guò)J-T效應節流降溫,使冷凝液析出。為防止J-T閥上游形成水合物,進(jìn)入J一T閥入口的氣體的溫度要保持在稍高于水合物形成溫度上,因此不需要注入防凍劑。天然氣通過(guò)控制閥進(jìn)行膨脹,然后流進(jìn)低溫分離器。突然的膨脹產(chǎn)生了凝析液,形成了水合物。從低溫分離器分離出的氣體,經(jīng)氣汽氣換熱器后,溫度升高,以滿(mǎn)足用戶(hù)的露點(diǎn)要求。J-T閥入口溫度,也是通過(guò)此氣體進(jìn)行調節的,以防止形成水合物,堵塞J-T閥。隨著(zhù)氣田生產(chǎn)天然氣生產(chǎn)后期氣井壓力下降,-T閥節流效應所除去的凝析液,將不能滿(mǎn)足儀表氣和氣動(dòng)設備用氣的露點(diǎn)要求。例如在第1年,儀表動(dòng)力氣源的露點(diǎn)為-3.2℃(A平臺),而到氣田生產(chǎn)后期其露點(diǎn)將高達5.5℃;因此,在J-T閥的下游增設了2級氣體干燥器。氣體干燥器的形式與我們通常使用的壓縮空氣干燥器一樣,在此不再贅述。6應用的局限性現在的低溫分離器已不同于以前的分離器,因為它要靠油層本身的油氣壓力和溫度來(lái)操作。低溫分離器的低溫是由天然氣大壓差節流降壓所產(chǎn)生的節流效應所獲得。節流前的操作壓力是根據低溫分離器的操作溫度確定的。當井口壓力和溫度變化較大時(shí),工藝控制比較困難。另外,當流動(dòng)溫度和壓力隨時(shí)間改變時(shí)操縱裝置必須重新進(jìn)行調整。如果盤(pán)管來(lái)氣過(guò)冷,則液體中的輕組分有可能冷凝;如果入口物流過(guò)熱,已凝聚的油和水重新蒸發(fā)為氣態(tài),則更多的中間組分將損失到氣流中。這樣就會(huì )使凝析油的回收率不高,天然氣中的水汽含量仍很高。從水合物溶解方面來(lái)看,在寒冷的冬季會(huì )出現過(guò)低的液體溫度,造成堵塞低溫分離器的液體出口低溫分離工藝通常適用于富氣的分離;至于貧氣,當低溫分離工藝對液烴回收具有經(jīng)濟價(jià)值時(shí)才可使用。此外,對壓力高、產(chǎn)氣量大的氣井,當氣體主要組分除甲烷外還有含量較高的硫化氫、二氧化碳凝析油以及液態(tài)水和汽態(tài)水時(shí),也宜采用低溫分離技術(shù)。7參考文獻林存瑛主編.天然氣礦場(chǎng)集輸.北京:石油工業(yè)出版社,19972曾自強,張育芳主編.天然氣集輸,南充:西南石油學(xué)院,1996