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丙烷压缩循环制冷低温天然气处理工艺技术在榆林气田的

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丙烷 压缩 循环 制冷 低温 天然气 处理 工艺技术 榆林 气田
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32 石油化工应用2006年第4期 丙烷压缩循环制冷低温天然气 处理工艺技术在榆林气田的应用¨ 晁琼萧常玉龙张宏伟 焦延奎 (中国石油长庆油田分公司第二采气厂陕西榆林719000) 摘要长庆榆林气田南区采用集气站节流膨胀制冷低温分离的工艺技术,但在管输中有反凝析现象,影响了正常生产。同时考 虑气田生产后期气井压力降低,大部分气井压力将不能满足天然气进集气站节流制冷达到低温分离的条件。为此选用丙烷压缩 循环制冷低温天然气处理工艺技术,集中对天然气进行脱油、脱水处理,取得了满意的效果。文章介绍了在长庆榆林气田南区采 用丙烷压缩循环制冷低温天然气脱油、脱水工艺技术以满A.~露点的要求。 关键词榆林气田 天然气 丙烷压缩循环制冷低温分离 凝析油脱水 中图分类号:献标识码:B 文章编号:1673006)04—0032—05 1 概述 榆林南区气田天然气经各集气站节流膨胀制冷低 温分离脱油脱水处理后,直接进入陕京二线外输。在 管输过程中,随着压力和温度降低,天然气有反凝析现 象,即有液体从天然气中析出,一方面影响了管输能 力,另一方面造成外输产品天然气不符合1999二类气质标准要求。同时考虑气田生产后期,气 井压力降低,大部分气井压力将不能满足天然气进集 气站节流制冷的要求,此时不能提供低温分离的条件。 针对上述问题,根据榆林气田天然气组份、压力和脱除 天然气凝液的目的,选用丙烷压缩循环制冷低温天然 气处理工艺技术,集中对天然气进行脱油、脱水处理, 取得了满意的效果。 2 工艺原理 低温分离法是在一定的压力下,将天然气冷却至 较低的温度,利用天然气中各组份的挥发度不同,使其 部分组份冷凝为液体,并经分离设备使之与天然气分 离的过程。丙烷压缩循环制冷低温天然气处理工艺技 术选用丙烷作为制冷剂形成低温分离条件,选用高效 ·收稿日期:2l 三相分离器实现天然气、油、水(甲醇)分离。 图l 丙烷循环制冷低温天然气处理工艺原理图 制冷剂丙烷在常温工况下,无色无味,易燃易爆, 是一种环保、健康的制冷剂,蒸发制冷温度低 (一44℃)。丙烷压缩循环制冷操作简单,流程短,能耗 低。 3工艺流程及单套装置规模 榆林气田丙烷压缩循环制冷低温天然气处理工艺 技术主要由脱油脱水单元、凝析油稳定单元和丙烷压 缩循环制冷单元三部分组成。丙烷压缩循环制冷单元 为天然气脱油脱水提供低温分离的条件,脱油脱水单 元完成天然气、油、水分离,凝析油稳定单元把脱油脱 水单元分离的凝析油中的轻组份分离,稳定凝析油作 维普资讯 。 3.1脱油脱水单元工艺流程 原料天然气进人两套 脱油脱水单元,首先经气体过滤分离器,除去天然气的 固体颗粒和携带的液滴,进人冷箱(冷流为来自下游的 干天然气)预冷冷却至一17℃。然后进入器分离出凝析液。再经丙烷蒸发器继续冷却至一23 ~一25'。含醇污水进人甲醇污水处理装置,凝析油进人凝 析油稳定装置,干天然气进人冷箱与原料气逆流换热, 换热后的干天然气去配气外输。为防止在冷箱内和蒸 发器内形成水合物堵塞管道,在冷箱进口和丙烷蒸发 器进口注入甲醇。 3.2凝析油稳定单元工艺流程脱油脱水单元分离 出的凝析油经过节流降压至0.6缓冲罐后与塔 底稳定凝析油换热至55进入稳定塔。塔底温 度通过重沸器加热到100~凝析油中的轻组份 上升到塔顶去自用燃料气系统,稳定凝析油从重沸器 底部抽出,经换热、冷却后送人稳定凝析油储罐。 3.3丙烷循环制冷单元工艺流程液态丙烷在丙烷蒸 发器中与预冷后天然气(一换热,使天然气 冷却至一23~一25℃。吸热后的丙烷蒸汽进入丙烷压缩 机,压缩后的丙烷蒸汽经空冷冷却为液体,温度降至 35'经经济器降温至0'E,最后节流 降温至一35'而完成整个制冷过程。 图2 丙烷压缩循环制冷低温天然气处理工艺流程图 榆林南区天然气生产规模20×10。m。/a,天然气处器前,除去天然气中携带的固体颗粒和事故工况下管 理装置每天处理天然气600×10 m3/d,天然气处理装置 两套,单套装置规模300×10‘m /d,每套装置能够独立 运行。丙烷循环制冷系统一套,压缩机2台,4主要工艺设备及工艺参数 4.1 脱油脱水单元脱油脱水单元主要设备有过滤 分离器、冷箱(铝制板翅式换热器)、离器。高效气、油、水三相分离器是脱油脱水单元核 心设备。 4.1.1气体过滤分离器 在天然气进入板翅式换热 道中携带的股状液体,具有重力分离功能,以防止冷箱 内的沉积影响换热效率。气体过滤分离器内装滤芯, 能除去5—1014.1.2冷箱冷箱(铝制板翅式换热器)主要为充分 利用外输干气中冷量。在冷箱中,进站湿气与三相分 离器出口干气进行换热,为下一步在满液蒸发器中降 温6~9℃、温度达到一23—一25造前提条件,是 湿天然气的一次预冷过程。天然气经过冷箱可初次降 温至一铝制板翅式换热器,是一种以翅 片为传热元件的高效换热器,具有传热效率高、结构紧 凑、适应性大、重量轻等特点。该换热器的热端物流温 维普资讯 —5℃。 4.1.3 有液体析出,为防止液体在下游满液蒸发器中积聚下 来,降低蒸发器的换热效果,在蒸发器前设一离器,分离除去析出的液体。 4.1.4低温三相分离器高效气、油、水三相分离器是 脱油脱水单元的核心设备,能将冷却至天然气 中的凝析油、含甲醇污水分别分离,同时能够实现自动 排液、自动计量。分离后天然气中5—10t.99%,0.013m 液体携带量/百万标准立方米,最小停 留时间5分钟工作原理:当天然气进入分离器时,流过 一个固定叶片总成(“旋风导向”),使气流产生旋转。由 于旋转运动产生离心力,迫使液体和固体流向涡流管 壁,由此发生分离。分离的液体被流动气体带向涡流管 末端。在分离器之前,液体和10%的测流气体从涡流管 内的缝隙中吸出。在涡流管外部,从天然气中分离出的 液体受重力影响流进储集器内。剩余的气体经过固定 叶片总成内的通道循环返回到涡流管内,沿旋转气流轴 的低压去提供必要的差压驱动力。 ]徙风午同 l r 1 i l I 到容器壁上从隙缝排d 的液体和固体液体和固钳 收集在储集 器中的液体 和固体 图3低温三相分离器工作原理图 4.2丙烷压缩循环制冷单元 丙烷压缩循环制冷单 元为工艺装置区提供冷量,降低天然气温度,能够把原 料天然气冷却至一25~C,甚至更低,实现天然气低温分 离脱油脱水目的。 丙烷压缩循环制冷单元主要由压缩机、蒸发式空 冷器、满液蒸发器等组成。 其循环过程如下:压缩机把由丙烷蒸发器蒸发而 来的丙烷蒸汽压缩(压缩后丙烷蒸汽压力1.37O℃)。压缩后的丙烷蒸汽进入油分离器,将携带的润 滑油分离后进人蒸发式冷凝器,经风冷或水冷冷却(丙 烷蒸汽转化为丙烷液体20~C)流至蒸发式冷凝器下方 的热虹吸贮罐。再流向丙烷系统贮罐(压力1.323~C),丙烷液体经过经济器流向满液蒸发器底部,丙 烷液体在满液蒸发器人口处节流后压力迅速降低,温 度降至一35~温丙烷液体与高温天然气换热 后成为低压丙烷蒸汽,再经压缩机压缩,开始下一次循 环。丙烷压缩制冷循环见图4。 经济器 图4 丙烷压缩制冷循环图 丙烷压缩循环过程P—1一低温低压丙烷气体; 2一高温高压丙烷气体; 3一冷却降温后的丙烷液体; 4一节流后低温丙烷液体; P ℃ T 图5 丙烷压缩循环’变化图 压缩机在本循环中主要功能有以下几点: (1)提高单位丙烷蒸气的含热量,创造一个可操作 的冷凝条件。 (2)将制冷丙烷蒸气的压力提高,使得该压力对 应的丙烷蒸气饱和温度高于冷却介质(如空气或水)的 温度。 (3)为整个系统的持续循环提供动力。 4.2.1压缩机压缩机为双螺杆压缩机,运行可靠, 性能稳定,调节范围为10%一100%无级调节,可实行 手动与自动控制两种方式。压缩机包括螺杆压缩机、 几¨ 引¨普资讯 、油分离器、热虹吸式油冷却器、储液器、经济 器、蒸发式冷凝器以及方便 安装,缩短施工工期,大部分设备都集成在辅助橇上。 螺杆式压缩机属容积式压缩机,是通过工作容积 的逐渐减少来达到气体压缩的目的,主要有吸气、压 缩、排气三个工作过程。压缩机的吸气量由处于吸气 端的滑阀控制,当滑阀的开度大时,吸气量就大,反之 就小。滑阀的开度可以自动调节,也可手动调节。 4.2.2蒸发式冷却器 表面蒸发式空冷器是一种将 水冷与空冷、传质与传热融为一体的新型高效冷凝冷 却设备,其结构示意如图6所示。 图6表面蒸发式空冷器结构示意图 1——循环水泵 2——引风风机 3——翅片管柬4——喷嘴 5——光管管束6——空气吸入窗 7——水池 表面蒸发式空冷器是用泵将底部水池中的循环水 输送到位于水平放置的光管管束上方的喷淋分配器, 由分配器的喷嘴将冷却水向下喷淋到光管表面,使管 束外表湿润并形成连续水膜。同时用风机将空气从设 备下部的空气吸入窗吸入,自下而上掠过光管管束和 翅片管管束。表面蒸发式空冷器的传热过程一方面依 靠水膜与空气间的显热传递进行;另一方面利用管外 水膜的迅速蒸发来强化管外表面的传热;由于水的汽 化潜热很大,水膜的蒸发强化了管外表面的传热。同 时热风掠过预热段翅片管,利用热风来预冷,降低了光 管段的冷凝负荷。使得设备总体传热效率比单纯的湿 式空冷器高很多。 压缩机负载较小或空气温度较低(冬季)时,仅空 气冷却就可达到控制要求;压缩机负载较大或空气温 度较高(夏季)时,必须将水泵和风机同时打开以满足 控制要求。风机和水泵的启停可以用排气压力的高低 来自动控制。 4.2.3满液蒸发器 蒸发器是丙烷与天然气换热的 场所,液体低温丙烷与天然气充分交换热量,使天然气 冷却至一23~一25℃,吸热后变成丙烷蒸汽回到压缩 机进口,继续进行丙烷循环。低温(一23~一25%)天 然气进三相分离器脱油脱水。 5运行效果 2006年3月17日一3月20日,榆林南区气田提 产至600×10 m /d(达到20×10 m /2 套天然气处理装置各300×10 m。/行 了现场考核。从现场运行效果看,丙烷压缩循环制冷 低温天然气处理工艺技术先进,运行平稳,丙烷压缩循 环制冷效果好,低温三相分离后天然气满足外输要求。 5.1 丙烷压缩循环制冷效果丙烷压缩机运行工况 良好,满液蒸发器丙烷液面调节反应灵敏、控制平稳。 经丙烷满液蒸发器冷却后天然气温度降到一23~一 25℃,符合设计要求,达到了天然气低温处理的条件。 板翅式换热预冷效果明显,把进口天然气由0一一1℃ 预冷到一17~一19℃。 5.2低温三相分离效果 5.2.1 脱凝析油、水量天然气处理厂未投运前,3 月份生产统计产液量平均l×10 m 天然气可产约 0.177m 凝析油和地层水。提产提温后,脱油脱水装置 产液量明显上升,3月17日~3月20日产液量平均1 ×10 m 天然气可产约0.188m 凝析油和地层水,平 均产液量比原低温分离工艺增加了0。10 m 天然气。这说明丙烷压缩循环制冷低温天然气处理工 艺脱凝析油效果明显,说明集气站提高外输温度湿气 气相输送、天然气处理厂脱油脱水装置运行完全能满 足天然气外输要求,外输气质提高。 5.2.2水露点通过监测三相分离器出口水露点,出 口水露点完全符合外输气质标准要求,说明低温三相 分离器分离效果良好。水露点测试结果见表2: 维普资讯 .2.2 注醇量为保证每套装置的正常运行,每套装 置设两处注醇,分别设在冷箱进口和丙烷蒸发器进口。 该工艺进行工业试验时注醇量处于摸索阶段,注醇量 较大(平均每1×10 m 天然气约加人20L),然后逐渐 降低,以不形成水合物为准。在2006年5月以后注醇 量大大降低,基本上稳定在理论注醇量上下,1×10 m 天然气约加入3.6L。 6 结论 (1)榆林南区气田采用丙烷压缩循环制冷低温分 离天然气处理工艺技术,天然气生产工艺流程变成各 集气站分散节流制冷、低温浅度分离、湿气气相输送, 天然气处理厂集中丙烷压缩循环制冷、高效三相分离 脱油脱水后外输,从而在集气站省去预过滤器和气液 聚结器脱油、脱水设施,降低气田开采投资,便于集中 控制外输天然气质量。由于集气站节流后温度控制较 以前高14~内注醇量大大降低,工艺运行更经 济、更合理。 (2)对凝析油含量不高的天然气采用丙烷压缩循 环制冷低温分离工艺的主要目的是控制其水(烃)露 点。但是丙烷.气体节流后的温度不宜过低,以满足外 输气水(烃)露点要求为准。温度过低.不但需采用低 温钢.,水合物抑制剂甲醇的注人量将大大增加。夏季 控制丙烷蒸发器温度不低于一18~C,冬季控制丙烷蒸 发器温度不低于一25℃。 (3)三相气、油、水分离器分离后天然气中5一 lO/0.体携带量/百万 标准立方米,能够高效脱除天然气中的凝析油。 (4)丙烷压缩循环制冷温度易于控制,操作方便 灵活。 参考文献 [1] 西安长庆科技工程有限责任公司,榆林天然气处理厂工 程总说明书 [2] 武耀相等,表面蒸发式空冷器在轻烃回收装置中的应用, 化工机械,第3者简介:晁琼萧(1970一)女,工程师,1994年毕业于石油大学 (华东)化学工程专业,主要从事气田地面工艺技术管理工作。 维普资讯
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