天然气的低温处理方法

第12卷第5期中国海上油气(工程Vol. 12, No. 52000年10月CHINA OFFSHORE OIL AND GAS(ENGINEERING)Oet.,2000天然气的低温处理方法刘培林海洋石油工程股份有限公司设计公司,天津塘沽,300452摘要低温分离,是利用地层本身能量节流降压制冷,用低温分离方法脱除天然气中凝液的处理工艺。其特点是工艺流程及设备简单运行可靠,维修方便,操作范围弹性大,适用于高压大流量条件,流量和压力易于调节。当地层压力下降过低时,该制冷工艺不适用。关键词低温分离器水合物脱水露点加热盘管所谓低温分离即分离装置的操作温度在0℃以下进行的气液分离作业。天然气通过低温冷却可回收更多的液烃。图1为典型的低温分离工艺设计图低温分离器工作原理低温分离器是一种利用井下液气流的高流温来融化已形成的水合物的高于水合物形种设备。低温分离器由于工作在低气/气热交换器成温度温条件下,它可以稳定冷凝液;与多级闪蒸分离器相比,它可以回收更多的中间烃类成分。井口来天然气设计低温分离器,要使它允许生盘成水合物,但在水合物填塞下游设备E二相分离前,又必须能借助流入气流的热能融冷凝液和永化水合物。低温分离器的作用与冷凝稳定器样。自然的冷回流作用,存在于由图1典型的低温分离工艺设计图液相分离出的气体上升和物流入口冷凝液的下降之间,其中较轻的烃类又进入到分离气体中,较重的组分则再冷凝。另外,进入低温分离器内部节流器下游的气体温度越低,液态回收的中间烃类越少,其蒸气压也越低。这就是为什么在某些情况下,或许需要在盘管入口气流的上游加热或补充一些热量给液体以降低液体的蒸气压的缘故总之,在较低的分离器温度下,可以从气体中清除更多的液体,适当地给底部加热,可融化水合物,再汽化较轻组分,以使它们同销售气结合,而不是将它们以液体形式在低压下闪蒸。冷回流液会再冷凝那些可能在加热工艺条件下被汽化的重质组分,并防止它们损失到气流中2低温分离工艺流程描述中国煤化如图1所示,对井口来的气体先初步进行气液分离,使THCNMHG高压气体流进入低温分离器后,通过盘管快速冷却,再经气热交换器进一步冷却;通过温度控制器,使其温度控制在水合物形成的温度以上,然后经节流阀(J-T阀)降压进入低温分离器。在此,液体进入低温分离器的底部。在低温分离器中,从高压分离器中分离出的气体在低温分离器盘管中进行冷却,温度刚好高于水合物形成的温度,可保证节流后进入低温分离器的气流的温度尽可能的低。节流器直接安装在容器内部,当压降产中国海上油气(工程)2000年生时,温度将低于水合物形成点;此时,水合物也可生成,但它们落入分离器底部并被加热盘管所融化,所以水合物不会堵塞节流器注意:如果物流中存在烃类液体,在经过节流阀后它将会降低温度降,因此不希望物流在进入低温分离器节流阀之前出现液体。因为当气体节流膨胀后,在温度降至低于水合物形成点时,冷凝水在低温分离器的节流器会结冰,通过节流器的烃类液体并不有助于绝热膨胀,只会放出热量降低膨胀气体的净制冷效果。3低温分离器的内部设计考虑3.1节流器设计节流器的设计与常规的气体处理系统不同。节流器设置在分离器的内部,气体经节流器后产生水合物。节流器的内部设计使水合物不易聚集,水合物将被分离器底部的液体冲洗,并被分离器内部设置的热盘管所融化。这种特殊的设计是这个装置操作性能的关键。2低温分离器的操作温度在低温分离器中,油气分离器的操作是在水合物的形成温度以下进行的,且必须形成水合物。另外,节流器前的温度必须控制在水合物形成温度之上。水合物的温度可查找有关天然气水合物温度的曲线。3.3分离器内加热盘管为融解分离器底部的液体,通常在分离器底部设置加热盘管,使节流后形成的水合物得以融化。高压入口气流通常作为加热盘管的加热介质,另外,热源也可以通过别的途径提供,如热水或燕气等。低温分离技术的优缺点低温分离装置的优点是:(1)流程简单,易实现自动化;(2)设备紧凑;(3)操作范围弹性大适用于高压大流量条件,流量和压力易于调节;(4)提高了凝析油回收率;(5)如果有足够的压力降,脱水效果会很好;(6)如果有足够的压力降,它将是最有效、最经济的脱水方法;(7)初始投资比较低,投产快,容易维护。缺点是:(1)必须有大的压力降,才能满足通常水露点和烃露点的冷凝要求;(2)随着压力下降,效果降低;(3)随着井口温度升高,效果降低;(4)在进入分离器之前,为防止水合物生成,必须将操作温度控制在非常接近水合物温度点,并保持最大的脱水要求5用途低温分离技术的采用,取决于气田实际去用户储量采收率及凝析气田的特点。例如,我国四川的凝析气田已经成功地使用了该低节流器温分离技术,较之常温分离技术,其凝析油采收率成倍提高。很多情况下,天然气靠节流降压、低温分离,使其烃露点和水露点降共口来天然气盘管加热低,以满足管输要求和天然气用户要求,另低混分离器外这也是天然气处理系统的节能措施之冷凝液去闭式排放系统中国煤化工在井口平台上利用然气经节流降压图2某气田仪表气处理系统流程图CNMH点降低,以满足平台气动仪表、气动泵及控制阀的要求。它取代了我国大部分海上油气田平台使用的压缩空气系统,节省了空气压缩机系统的投资,同时它利用了气田本身的气源,见图2。(下转第47页)(上接第38页)从井口管汇或计量分离器来的天然气,大多数是被水和凝析油饱和了的天然气,当压力降低时,会出现凝析液,而凝析液必须除去。除去凝析液的方法是通过J-T效应节流降温,使冷凝液析出。为防止J-T阀上游形成水合物,进入J-T阀入口的气体的温度要保持在稍高于水合物形成温度上,因此不需要注入防冻剂。天然气通过控制阀进行膨胀,然后流进低温分离器。突然的膨胀产生了凝析液,形成了水合物。从低温分离器分离出的气体,经气汽气换热器后,温度升高,以满足用户的露点要求。J-T阀入口温度,也是通过此气体进行调节的,以防止形成水合物,堵塞J-T阀。随着气田生产天然气生产后期气井压力下降,J-T阀节流效应所除去的凝析液,将不能满足仪表气和气动设备用气的露点要求。例如在第1年,仪表动力气源的露点为-3.2℃(A平台),而到气田生产后期其露点将高达5.5℃;因此,在J-T阀的下游增设了2级气体干燥器。气体干燥器的形式与我们通常使用的压缩空气干燥器一样,在此不再赘述。6应用的局限性现在的低温分离器已不同于以前的分离器,因为它要靠油层本身的油气压力和温度来操作。低温分离器的低温是由天然气大压差节流降压所产生的节流效应所获得。节流前的操作压力是根据低温分离器的操作温度确定的。当井口压力和温度变化较大时,工艺控制比较困难。另外,当流动温度和压力随时间改变时操纵装置必须重新进行调整。如果盘管来气过冷,则液体中的轻组分有可能冷凝;如果入口物流过热,已凝聚的油和水重新蒸发为气态,则更多的中间组分将损失到气流中。这样就会使凝析油的回收率不高,天然气中的水汽含量仍很高。从水合物溶解方面来看,在寒冷的冬季会出现过低的液体温度,造成堵塞低温分离器的液体出口。低温分离工艺通常适用于富气的分离;至于贫气,当低温分离工艺对液烃回收具有经济价值时才可使用。此外,对压力高、产气量大的气井,当气体主要组分除甲烷外还有含量较高的硫化氢、二氧化碳凝析油以及液态水和汽态水时,也宜采用低温分离技术。中国煤化工CNMH7参考文献1林存瑛主编.天然气矿场集输,北京:石油工业出版社,19972曾自强,张育芳主编.天然气集输,南充:西南石油学院,19963阿诺德肯,斯图尔特莫里斯.油气田地面处理工艺——气处理系统和设施设计.吴孟君译杨延昕校北京:石油工业出版社,1992(收稿日期:2000-02-21;编辑:张金棣)