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(shè)計公司,天津塘沽,300452摘要低溫分離,是利用地層本身能量節(jié)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。其特點是工藝流程及設(shè)備簡單,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(diào)節(jié)。當?shù)貙訅毫ο陆颠^低時,該制冷工藝不適用。關(guān)鍵詞低溫分離器水合物脫水露點加熱盤管所謂低溫分離,即分離裝置的操作溫度在0℃以下進行的氣液分離作業(yè)。天然氣通過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(shè)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融化已形成的水合物的格氣體種設(shè)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(wěn)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成分。井口來大然氣J-T閥熱盤管設(shè)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(shè)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(wěn)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(shè)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,其中較輕的烴類又進人到分離氣體中較重的組分則再冷凝。另外進入低溫分離器內(nèi)部節(jié)流器下游的氣體溫度越低,液態(tài)回收的中間烴類越少,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?shù)亟o底部加熱可融化水合物,再汽化較輕組分,以使它們同銷售氣結(jié)合,而不是將它們以液體形式在低壓下閃蒸。冷回流液會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,對井口來的氣體先初步進行氣液分離,使氣中的凝液和水分離掉。高壓氣體流進入低溫分離器后,通過盤管快速冷卻再經(jīng)氣/汽熱交換器進一步冷卻;通過溫度控制器,使其溫度控制在水合物形成的溫度以上,然后經(jīng)節(jié)流閥(J-T閥)降壓進入低溫分離器。在此液體進入低溫分離器的底部。中國海上油氣(工程)000年生時,溫度將低于水合物形成點;此時,水合物也可生成但它們落入分離器底部并被加熱盤管所融化,所以水合物不會堵塞節(jié)流器注意:如果物流中存在烴類液體,在經(jīng)過節(jié)流閥后它將會降低溫度降,因此不希望物流在進入低溫分離器節(jié)流閥之前出現(xiàn)液體。因為當氣體節(jié)流膨脹后,在溫度降至低于水合物形成點時,冷凝水在低溫分離器的節(jié)流器會結(jié)冰,通過節(jié)流器的烴類液體并不有助于絕熱膨脹,只會放出熱量,降低膨脹氣體的凈制冷效果。3低溫分離器的內(nèi)部設(shè)計考慮3.1節(jié)流器設(shè)計節(jié)流器的設(shè)計與常規(guī)的氣體處理系統(tǒng)不同。節(jié)流器設(shè)置在分離器的內(nèi)部,氣體經(jīng)節(jié)流器后產(chǎn)生水合物。節(jié)流器的內(nèi)部設(shè)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(nèi)部設(shè)置的熱盤管所融化。這種特殊的設(shè)計是這個裝置操作性能的關(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行的,且必須形成水合物。另外,節(jié)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。3.3分離器內(nèi)加熱盤管為融解分離器底部的液體通常在分離器底部設(shè)置加熱盤管,使節(jié)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管的加熱介質(zhì),另外熱源也可以通過別的途徑提供,如熱水或燕氣等。4低溫分離技術(shù)的優(yōu)缺點低溫分離裝置的優(yōu)點是:(1)流程簡單易實現(xiàn)自動化;(2)設(shè)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(diào)節(jié);(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。缺點是:(1)必須有大的壓力降,才能滿足通常水露點和烴露點的冷凝要求;(2)隨著壓力下降,效果降低;(3)隨著井口溫度升高效果降低;(4)在進入分離器之前,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,并保持最大的脫水要求。5用途低溫分離技術(shù)的采用,取決于氣田實際去用戶儲量、采收率及凝析氣田的特點。例如,我國四川的凝析氣田已經(jīng)成功地使用了該低節(jié)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(jié)流降壓、低溫分離使其烴露點和水露點降井口來天然氣盤管加熱器低,以滿足管輸要求和天然氣用戶要求,另外這也是天然氣處理系統(tǒng)的節(jié)能措施之一。冷艇液太閉式排放系統(tǒng)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(jié)流降壓、圖2某氣田儀表氣處理系統(tǒng)流程圖冷凝處理,使天然氣的露點降低,以滿足平臺氣動儀表、氣動泵及控制網(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(tǒng),節(jié)省了空氣壓縮機系統(tǒng)的投資,同時它利用了氣田本(上接第38頁)從井口管匯或計量分離器來的天然氣,大多數(shù)是被水和凝析油飽和了的天然氣,當壓力降低時,會出現(xiàn)凝析液,而凝析液必須除去。除去凝析液的方法是通過J-T效應(yīng)節(jié)流降溫,使冷凝液析出。為防止J-T閥上游形成水合物,進入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。天然氣通過控制閥進行膨脹,然后流進低溫分離器。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,以滿足用戶的露點要求。J-T閥入口溫度,也是通過此氣體進行調(diào)節(jié)的,以防止形成水合物,堵塞J-T閥。隨著氣田生產(chǎn)天然氣生產(chǎn)后期氣井壓力下降,-T閥節(jié)流效應(yīng)所除去的凝析液,將不能滿足儀表氣和氣動設(shè)備用氣的露點要求。例如在第1年,儀表動力氣源的露點為-3.2℃(A平臺),而到氣田生產(chǎn)后期其露點將高達5.5℃;因此,在J-T閥的下游增設(shè)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(yīng)用的局限性現(xiàn)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操作。低溫分離器的低溫是由天然氣大壓差節(jié)流降壓所產(chǎn)生的節(jié)流效應(yīng)所獲得。節(jié)流前的操作壓力是根據(jù)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,工藝控制比較困難。另外,當流動溫度和壓力隨時間改變時操縱裝置必須重新進行調(diào)整。如果盤管來氣過冷,則液體中的輕組分有可能冷凝;如果入口物流過熱,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看,在寒冷的冬季會出現(xiàn)過低的液體溫度,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?shù)蜏胤蛛x工藝對液烴回收具有經(jīng)濟價值時才可使用。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,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